材料成形技術基礎

前言

“材料成形技術基礎”是機械類專業(yè)的一門綜合性技術基礎課程。本書是為機械類專業(yè)編寫的教材，其內容以我國高等工科院校機械類專業(yè)人才培養(yǎng)目標為出發(fā)點，主要介紹與產品制造有關的材料成形技術基礎知識。本書介紹了工程材料的常見成形技術，包括金屬鑄造成形、金屬塑性成形、金屬連接成形、高分子材料及復合材料成形、粉末冶金及陶瓷成形以及表面技術。內容涉及每種成形方法的基本原理、成形方法及設備、典型成形工藝、成形新技術和工程實例。本書內容共7章。第1章在產品制造過程的基礎上，介紹了材料成形的相關基礎知識，為后續(xù)章節(jié)的學習奠定基礎；第2章闡述液態(tài)金屬鑄造成形；第3章為固態(tài)金屬塑性成形；第4章為金屬連接成形，以焊接技術為主；第5章為高分子材料成形，包含塑料、橡膠和復合材料的成形技術；第6章介紹粉末冶金和陶瓷成形技術；第7章是表面技術。教師可以根據(jù)教學計劃和學時，選取其中的教學內容。本書的主要特點如下。（1）以產品制造過程為基礎，講述材料成形技術的基礎知識。讀者可以從產品制造過程的全局，學習和體會各種材料成形技術的工程應用。同時，為了便于同學們對所學的包括本課程在內的專業(yè)課程有一個清晰認識，本書以機械產品的制造過程為主線，介紹了本課程以及其他專業(yè)課程知識在制造過程中的作用。（2）強化工程應用，注重理論聯(lián)系實際。結合編者的科研、生產實踐和教學經驗，每章介紹一個典型工程實例，完整描述實際產品的全部制造過程。工程綜合實例以本章學習的成形技術為主，兼顧其他章節(jié)的技術內容。通過工程實例，一方面加深學生對所學成形技術的理解和掌握，另一方面使學生對產品的制造過程有一個具體的認識。這樣，使學生在學習專業(yè)知識的過程中不再感到深奧。此外，作者在講解基本原理的基礎上，從應用的角度出發(fā)，引入了一些實例和實物圖片，以增強學生的工程概念和實踐認識。（3）圍繞成形技術的三個方面建立知識結構體系：成形技術的基本原理、成形方法與工藝、工程應用。每章內容的編寫和教學主線為：基本原理一成形方法及設備一成形工藝一成形新技術一工程綜合實例一閱讀材料一小結一思考題。（4）設有專業(yè)術語的英漢對照。雙語教學是目前各高校普遍提倡的教學方式，專業(yè)詞匯是學生在雙語教學中和科技英語讀寫中遇到的主要問題。

內容概要

本書共7章，內容涉及金屬鑄造成形、金屬塑性成形、金屬連接成形、高分子材料及復合材料成形、粉末冶金及陶瓷成形以及表面技術。    本書主要講解每種材料成形技術的基本原理、成形方法及裝備、成形工藝以及成形新技術。本書在介紹成形基本原理和方法的基礎上，強化工程應用。每章介紹一個典型工程綜合實例，以增強學生的工程概念和實踐能力，培養(yǎng)學生在理論指導下解決實際問題的能力。此外，本書還增加了材料成形技術專業(yè)術語的英漢對照和趣味性閱讀材料。    本書可作為高等工科院校機械類專業(yè)本科學生的通用教材，也可供工科近機類專業(yè)學生選用，同時可作為相關科研及工程技術人員的參考書。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  材料成形技術概述    1.1.1  制造與材料成形    1.1.2  材料成形方法的分類    1.1.3  材料成形加工的特點    1.1.4  材料成形技術的作用    1.1.5  材料成形技術的發(fā)展趨勢  1.2  工程材料的基礎知識    1.2.1  材料的分類與應用    1.2.2  材料的性能與材料加工  1.3  本課程的性質和學習方法  小結  思考題  參考文獻第2章  液態(tài)金屬鑄造成形  2.1  液態(tài)金屬鑄造成形的基本原理    2.1.1  鑄造工藝特點、分類及應用    2.1.2  合金的鑄造性能    2.1.3  鑄件的凝固    2.1.4  鑄件的收縮    2.1.5  鑄造應力、變形和裂紋    2.1.6  鑄件缺陷分析及鑄件質量控制  2.2  砂型鑄造的方法及設備    2.2.1  造型材料    2.2.2  造型與制芯    2.2.3  合金的熔煉  2.3  鑄造成形工藝設計    2.3.1  鑄件結構的鑄造工藝性分析    2.3.2  鑄造工藝方案的確定    2.3.3  鑄造工藝參數(shù)的確定    2.3.4  澆注系統(tǒng)和冒口的設置    2.3.5  常用合金的鑄造工藝性能  2.4  鑄造成形的新技術    2.4.1  金屬成形工藝間的相互競爭和鑄造成形技術的發(fā)展    2.4.2  消失模鑄造技術    2.4.3  V法鑄造    2.4.4  鑄鐵型材連續(xù)鑄造技術    2.4.5  雙金屬鑄造  2.5  工程實例——CA6140車床進給箱體的生產    2.5.1  CA6140車床進給箱體的鑄造工藝    2.5.2  進給箱體鑄件的熔煉與澆注工藝  閱讀材料——熔模鑄造  小結  思考題  參考文獻幕3章  固態(tài)金屬塑性成形  3.1  固態(tài)金屬塑性成形的基本原理    3.1.1  塑性成形概述    3.1.2  金屬塑性變形    3.1.3  塑性成形基本規(guī)律    3.1.4  塑性變形影響因素  3.2  金屬塑性成形的方法及設備    3.2.1  模鍛    3.2.2  沖壓  3.3  鍛壓成形工藝設計    3.3.1  模鍛件結構工藝性    3.3.2  鍛壓工藝方案    3.3.3  鍛壓工藝參數(shù)    3.3.4  常用金屬的鍛壓工藝性能  3.4  板料沖壓成形工藝設計    3.4.1  沖壓件結構工藝性    3.4.2  沖壓工藝方案    3.4.3  沖壓工藝參數(shù)    3.4.4  常用金屬的沖壓工藝性能  3.5  金屬塑性成形新技術    3.5.1  精密模鍛    3.5.2  液態(tài)模鍛    3.5.3  超塑性成形    3.5.4  等溫鍛造  3.6  工程實例——車門玻璃升降器外殼生產  閱讀材料——鍛壓機械的發(fā)展史  小結  思考題  參考文獻第4章  金屬連接成形  4.1  金屬連接成形的基本原理    4.1.1  金屬連接概述    4.1.2  焊接的定義及分類    4.1.3  焊接成形的基本原理    4.1.4  常用金屬材料的焊接性能    4.1.5  焊接缺陷與及其檢驗方法  4.2  焊接成形的方法及設備    4.2.1  焊條電弧焊    4.2.2  埋弧焊    4.2.3  氣體保護焊    4.2.4  電渣焊    4.2.5  電阻焊    4.2.6  釬焊  4.3  金屬焊接結構工藝設計    4.3.1  焊接結構材料的選擇    4.3.2  焊縫布置    4.3.3  焊接接頭的工藝設計    4.3.4  焊接工藝參數(shù)的選擇    4.3.5  焊接方法的選擇    4.3.6  低碳鋼的焊接工藝方案  4.4  焊接成形新技術    4.4.1  高能束焊接方法的應用    4.4.2  特種焊接方法簡介  4.5  工程實例——貯液器的生產過程  閱讀材料——水下焊接技術  小結  思考題  參考文獻第5章  高分子材料及復合材料成形  5.1  高分子材料成形的基本原理  5.2  高分子材料的成形方法及設備    5.2.1  塑料成形方法    5.2.2  橡膠成形方法  5.3  高分子材料制品的結構工藝性    5.3.1  塑料制品的結構工藝性    5.3.2  橡膠制品的結構工藝性  5.4  高分子材料成形新技術    5.4.1  高分子材料的快速成形    5.4.2  熱流道技術  5.5  復合材料成形    5.5.1  復合材料成形的工藝特點    5.5.2  樹脂基復合材料的成形方法    5.5.3  復合材料制品的結構工藝性  5.6  工程實例——汽車輪胎的制造  閱讀材料——塑料的誕生及其成形加工  小結  思考題  參考文獻第6章  粉末冶金及陶瓷成形技術  6.1  粉末冶金及陶瓷成形的基本原理    6.1.1  概述    6.1.2  粉體的基本性能    6.1.3  粉體成形的原理    6.1.4  燒結的基本原理  6.2  粉體的成形方法及設備    6.2.1  粉體制備    6.2.2  粉體成形    6.2.3  燒結    6.2.4  后處理  6.3  粉末冶金制品的結構工藝性  6.4  粉末冶金及陶瓷成形新技術    6.4.1  快速成形技術    6.4.2  等靜壓成形  6.5  工程實例——銅基含油軸承的制造  閱讀材料——電燈鎢絲與粉末冶金  小結  思考題  參考文獻第7章  表面技術  7.1  表面技術的基本原理    7.1.1  表面技術概述    7.1.2  材料的表面特性  7.2  表面成形的方法及設備    7.2.1  熱噴涂    7.2.2  電鍍  7.3  表面成形工藝設計    7.3.1  基體表面的預處理    7.3.2  熱噴涂表面成形工藝  7.4  表面工程新技術    7.4.1  氣相沉積技術    7.4.2  高能束表面改性技術  7.5  工程實例——發(fā)動機曲軸的修復  閱讀材料——濺射鍍膜技術的發(fā)展  小結  思考題  參考文獻附錄  專業(yè)術語英漢對照

章節(jié)摘錄

插圖：陶瓷軸承普遍應用于下列設備：無潤滑運轉的真空泵、水潤滑的壓縮機、高速渦輪機、無菌灌裝飲料的設備、食品稱量系統(tǒng)、制藥／化學工業(yè)和半導體制造中用的排風扇、芯片制造中的機械手、氮泵和氫泵以及賽車傳動裝置等。氧化物陶瓷，如A1203和ZrO3等，其特點是化學穩(wěn)定性，特別是抗氧化性很強，熔融溫度高。特別是ZrOz陶瓷耐熱性好，比熱和導熱系數(shù)小，可作為連續(xù)鑄錠的耐高溫材料，也適用于做電爐發(fā)熱體和爐膛耐火材料?；ば袠I(yè)用的陶瓷材料以氧化鋁、莫來石為主，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，使用溫度為一15～100℃，冷熱驟變溫差不大于50℃，廣泛使用于石油化工、制藥、冶煉、化纖等行業(yè)中。陶瓷刀具具有優(yōu)良的切削性能即高的硬度、紅硬性和耐磨性，特別是在高速切削和干切削時表現(xiàn)出優(yōu)異的切削性能，是一類極具發(fā)展前途的刀具材料。目前主要應用的陶瓷刀具材料是Al2O3系陶瓷刀具、Si3N4系陶瓷刀具以及近年新發(fā)展起來的功能梯度陶瓷刀具材料。Zro4既是優(yōu)良的刀具材料，又是良好的發(fā)熱體材料、耐火材料和高溫結構材料，還具有良好的半導體特性，可用作敏感元件。有些汽車使用的汽車減振裝置是利用敏感陶瓷的正壓電效應、逆壓電效應和電致伸縮效應綜合研制成功的智能減振器。這些汽車減振裝置由于采用高靈敏度陶瓷元件，具有識別路面且能做自我調節(jié)的功能，在轎車行駛中的感知與調節(jié)過程僅需20s即可完成，可以將轎車在粗糙路面形成的振動減至最低，讓乘坐者感覺舒適。智能陶瓷雨刷由鈦酸鋇陶瓷的壓敏效應制成，它能夠自動感知雨量，并能將轎車擋風玻璃上的雨刷自動調節(jié)到最佳速度。3）高分子材料高分子材料又稱聚合物（polymeis），按用途可分為塑料、合成纖維和橡膠三大類型，而塑料中通常又分為通用塑料和工程塑料。通用塑料主要制作薄膜、容器和包裝用品，其在塑料生產中占70％。聚乙烯GPE是通用塑料的代表，其產量占整個塑料生產的35％。工程塑料主要是指力學性能較高的聚合物，抗拉強度應大于50MPa，彈性模量應大于2500MPa，沖擊韌度應大于5.8 8J／em，聚酰胺（PA，俗稱尼龍，其大部分用作合成纖維）和聚碳酸酯（PC）是這類材料的代表。由于聚合物有優(yōu)良的電絕緣性能，因此聚碳酸酯常用作計算機和打字機的外殼、電子通信設備中的聯(lián)結元件、接線板和控制按鈕等。也可利用工程塑料的特殊物理或化學性能，如有機玻璃（PMMA）透光率很高，達92％（普通玻璃82％），紫外線透過率為73.5 ％（普通玻璃僅0.6 ％），故適于制作飛機或汽車中的窗玻璃和廠房中的采光天窗等；而聚四氟乙烯（PTFE）有極高的化學穩(wěn)定性，能耐各種酸堿甚至王水的腐蝕，并在-196～250Z：有穩(wěn)定的力學性能，常用作化工管道和泵類零件。4）復合材料金屬、聚合物、陶瓷自身都各有其優(yōu)點和缺點，如把兩種材料結合在一起，發(fā)揮各自的長處，又可在一定程度上克服它們固有的弱點，這就產生了復合材料（compositematerials）。復合材料可實現(xiàn)材料性能的最佳組合，可分為塑料基復合材料、金屬基復合材料和陶瓷基復合材料三大類，其中，塑料基復合材料的應用最廣泛。因為玻璃纖維有高的彈性模量和強度，且成本低，而塑料容易加工成形，所以，早在20世紀40年代末就產生了用玻璃纖維增強樹脂的材料，俗稱玻璃鋼，這是第一代復合材料。1981年美國通用汽車公司用玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂基體的材料制作后橋的葉片彈簧，只用了一片質量為3.6 kg的復合材料便代替了10片總質量為18.6kg的鋼板彈簧。

編輯推薦

《材料成形技術基礎》：教育部高等學校機械設計制造及其自動化專業(yè)教學指導分委員會推薦教材

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