材料成形技術(shù)基礎(chǔ)

前言

“材料成形技術(shù)基礎(chǔ)”是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課程。本書(shū)是為機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)編寫(xiě)的教材，其內(nèi)容以我國(guó)高等工科院校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，主要介紹與產(chǎn)品制造有關(guān)的材料成形技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)。本書(shū)介紹了工程材料的常見(jiàn)成形技術(shù)，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(fù)合材料成形、粉末冶金及陶瓷成形以及表面技術(shù)。內(nèi)容涉及每種成形方法的基本原理、成形方法及設(shè)備、典型成形工藝、成形新技術(shù)和工程實(shí)例。本書(shū)內(nèi)容共7章。第1章在產(chǎn)品制造過(guò)程的基礎(chǔ)上，介紹了材料成形的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；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(shù)為主；第5章為高分子材料成形，包含塑料、橡膠和復(fù)合材料的成形技術(shù)；第6章介紹粉末冶金和陶瓷成形技術(shù)；第7章是表面技術(shù)。教師可以根據(jù)教學(xué)計(jì)劃和學(xué)時(shí)，選取其中的教學(xué)內(nèi)容。本書(shū)的主要特點(diǎn)如下。（1）以產(chǎn)品制造過(guò)程為基礎(chǔ)，講述材料成形技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)。讀者可以從產(chǎn)品制造過(guò)程的全局，學(xué)習(xí)和體會(huì)各種材料成形技術(shù)的工程應(yīng)用。同時(shí)，為了便于同學(xué)們對(duì)所學(xué)的包括本課程在內(nèi)的專(zhuān)業(yè)課程有一個(gè)清晰認(rèn)識(shí)，本書(shū)以機(jī)械產(chǎn)品的制造過(guò)程為主線(xiàn)，介紹了本課程以及其他專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)在制造過(guò)程中的作用。（2）強(qiáng)化工程應(yīng)用，注重理論聯(lián)系實(shí)際。結(jié)合編者的科研、生產(chǎn)實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，每章介紹一個(gè)典型工程實(shí)例，完整描述實(shí)際產(chǎn)品的全部制造過(guò)程。工程綜合實(shí)例以本章學(xué)習(xí)的成形技術(shù)為主，兼顧其他章節(jié)的技術(shù)內(nèi)容。通過(guò)工程實(shí)例，一方面加深學(xué)生對(duì)所學(xué)成形技術(shù)的理解和掌握，另一方面使學(xué)生對(duì)產(chǎn)品的制造過(guò)程有一個(gè)具體的認(rèn)識(shí)。這樣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的過(guò)程中不再感到深?yuàn)W。此外，作者在講解基本原理的基礎(chǔ)上，從應(yīng)用的角度出發(fā)，引入了一些實(shí)例和實(shí)物圖片，以增強(qiáng)學(xué)生的工程概念和實(shí)踐認(rèn)識(shí)。（3）圍繞成形技術(shù)的三個(gè)方面建立知識(shí)結(jié)構(gòu)體系：成形技術(shù)的基本原理、成形方法與工藝、工程應(yīng)用。每章內(nèi)容的編寫(xiě)和教學(xué)主線(xiàn)為：基本原理一成形方法及設(shè)備一成形工藝一成形新技術(shù)一工程綜合實(shí)例一閱讀材料一小結(jié)一思考題。（4）設(shè)有專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)的英漢對(duì)照。雙語(yǔ)教學(xué)是目前各高校普遍提倡的教學(xué)方式，專(zhuān)業(yè)詞匯是學(xué)生在雙語(yǔ)教學(xué)中和科技英語(yǔ)讀寫(xiě)中遇到的主要問(wèn)題。

內(nèi)容概要

本書(shū)共7章，內(nèi)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(fù)合材料成形、粉末冶金及陶瓷成形以及表面技術(shù)。    本書(shū)主要講解每種材料成形技術(shù)的基本原理、成形方法及裝備、成形工藝以及成形新技術(shù)。本書(shū)在介紹成形基本原理和方法的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化工程應(yīng)用。每章介紹一個(gè)典型工程綜合實(shí)例，以增強(qiáng)學(xué)生的工程概念和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生在理論指導(dǎo)下解決實(shí)際問(wèn)題的能力。此外，本書(shū)還增加了材料成形技術(shù)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)的英漢對(duì)照和趣味性閱讀材料。    本書(shū)可作為高等工科院校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生的通用教材，也可供工科近機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生選用，同時(shí)可作為相關(guān)科研及工程技術(shù)人員的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章  緒論  1.1  材料成形技術(shù)概述    1.1.1  制造與材料成形    1.1.2  材料成形方法的分類(lèi)    1.1.3  材料成形加工的特點(diǎn)    1.1.4  材料成形技術(shù)的作用    1.1.5  材料成形技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)  1.2  工程材料的基礎(chǔ)知識(shí)    1.2.1  材料的分類(lèi)與應(yīng)用    1.2.2  材料的性能與材料加工  1.3  本課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)方法  小結(jié)  思考題  參考文獻(xiàn)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(diǎn)、分類(lèi)及應(yīng)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(yīng)力、變形和裂紋    2.1.6  鑄件缺陷分析及鑄件質(zhì)量控制  2.2  砂型鑄造的方法及設(shè)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(shè)計(jì)    2.3.1  鑄件結(jié)構(gòu)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(shè)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(shù)    2.4.1  金屬成形工藝間的相互競(jìng)爭(zhēng)和鑄造成形技術(shù)的發(fā)展    2.4.2  消失模鑄造技術(shù)    2.4.3  V法鑄造    2.4.4  鑄鐵型材連續(xù)鑄造技術(shù)    2.4.5  雙金屬鑄造  2.5  工程實(shí)例——CA6140車(chē)床進(jìn)給箱體的生產(chǎn)    2.5.1  CA6140車(chē)床進(jìn)給箱體的鑄造工藝    2.5.2  進(jìn)給箱體鑄件的熔煉與澆注工藝  閱讀材料——熔模鑄造  小結(jié)  思考題  參考文獻(xiàn)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(shè)備    3.2.1  模鍛    3.2.2  沖壓  3.3  鍛壓成形工藝設(shè)計(jì)    3.3.1  模鍛件結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)    3.4.1  沖壓件結(jié)構(gòu)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(shù)    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(shí)例——車(chē)門(mén)玻璃升降器外殼生產(chǎn)  閱讀材料——鍛壓機(jī)械的發(fā)展史  小結(jié)  思考題  參考文獻(xiàn)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(lèi)    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(yàn)方法  4.2  焊接成形的方法及設(shè)備    4.2.1  焊條電弧焊    4.2.2  埋弧焊    4.2.3  氣體保護(hù)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(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)    4.3.1  焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇    4.3.2  焊縫布置    4.3.3  焊接接頭的工藝設(shè)計(jì)    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(shù)    4.4.1  高能束焊接方法的應(yīng)用    4.4.2  特種焊接方法簡(jiǎn)介  4.5  工程實(shí)例——貯液器的生產(chǎn)過(guò)程  閱讀材料——水下焊接技術(shù)  小結(jié)  思考題  參考文獻(xiàn)第5章  高分子材料及復(fù)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(shè)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(jié)構(gòu)工藝性    5.3.1  塑料制品的結(jié)構(gòu)工藝性    5.3.2  橡膠制品的結(jié)構(gòu)工藝性  5.4  高分子材料成形新技術(shù)    5.4.1  高分子材料的快速成形    5.4.2  熱流道技術(shù)  5.5  復(fù)合材料成形    5.5.1  復(fù)合材料成形的工藝特點(diǎn)    5.5.2  樹(shù)脂基復(fù)合材料的成形方法    5.5.3  復(fù)合材料制品的結(jié)構(gòu)工藝性  5.6  工程實(shí)例——汽車(chē)輪胎的制造  閱讀材料——塑料的誕生及其成形加工  小結(jié)  思考題  參考文獻(xiàn)第6章  粉末冶金及陶瓷成形技術(shù)  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(jié)的基本原理  6.2  粉體的成形方法及設(shè)備    6.2.1  粉體制備    6.2.2  粉體成形    6.2.3  燒結(jié)    6.2.4  后處理  6.3  粉末冶金制品的結(jié)構(gòu)工藝性  6.4  粉末冶金及陶瓷成形新技術(shù)    6.4.1  快速成形技術(shù)    6.4.2  等靜壓成形  6.5  工程實(shí)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(jié)  思考題  參考文獻(xiàn)第7章  表面技術(shù)  7.1  表面技術(shù)的基本原理    7.1.1  表面技術(shù)概述    7.1.2  材料的表面特性  7.2  表面成形的方法及設(shè)備    7.2.1  熱噴涂    7.2.2  電鍍  7.3  表面成形工藝設(shè)計(jì)    7.3.1  基體表面的預(yù)處理    7.3.2  熱噴涂表面成形工藝  7.4  表面工程新技術(shù)    7.4.1  氣相沉積技術(shù)    7.4.2  高能束表面改性技術(shù)  7.5  工程實(shí)例——發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的修復(fù)  閱讀材料——濺射鍍膜技術(shù)的發(fā)展  小結(jié)  思考題  參考文獻(xiàn)附錄  專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)英漢對(duì)照

章節(jié)摘錄

插圖：陶瓷軸承普遍應(yīng)用于下列設(shè)備：無(wú)潤(rùn)滑運(yùn)轉(zhuǎn)的真空泵、水潤(rùn)滑的壓縮機(jī)、高速渦輪機(jī)、無(wú)菌灌裝飲料的設(shè)備、食品稱(chēng)量系統(tǒng)、制藥／化學(xué)工業(yè)和半導(dǎo)體制造中用的排風(fēng)扇、芯片制造中的機(jī)械手、氮泵和氫泵以及賽車(chē)傳動(dòng)裝置等。氧化物陶瓷，如A1203和ZrO3等，其特點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性，特別是抗氧化性很強(qiáng)，熔融溫度高。特別是ZrOz陶瓷耐熱性好，比熱和導(dǎo)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。化工行業(yè)用的陶瓷材料以氧化鋁、莫來(lái)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(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的切削性能，是一類(lèi)極具發(fā)展前途的刀具材料。目前主要應(yīng)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(lái)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(jié)構(gòu)材料，還具有良好的半導(dǎo)體特性，可用作敏感元件。有些汽車(chē)使用的汽車(chē)減振裝置是利用敏感陶瓷的正壓電效應(yīng)、逆壓電效應(yīng)和電致伸縮效應(yīng)綜合研制成功的智能減振器。這些汽車(chē)減振裝置由于采用高靈敏度陶瓷元件，具有識(shí)別路面且能做自我調(diào)節(jié)的功能，在轎車(chē)行駛中的感知與調(diào)節(jié)過(guò)程僅需20s即可完成，可以將轎車(chē)在粗糙路面形成的振動(dòng)減至最低，讓乘坐者感覺(jué)舒適。智能陶瓷雨刷由鈦酸鋇陶瓷的壓敏效應(yīng)制成，它能夠自動(dòng)感知雨量，并能將轎車(chē)擋風(fēng)玻璃上的雨刷自動(dòng)調(diào)節(jié)到最佳速度。3）高分子材料高分子材料又稱(chēng)聚合物（polymeis），按用途可分為塑料、合成纖維和橡膠三大類(lèi)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(chǎn)中占70％。聚乙烯GPE是通用塑料的代表，其產(chǎn)量占整個(gè)塑料生產(chǎn)的35％。工程塑料主要是指力學(xué)性能較高的聚合物，抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于50MPa，彈性模量應(yīng)大于2500MPa，沖擊韌度應(yīng)大于5.8 8J／em，聚酰胺（PA，俗稱(chēng)尼龍，其大部分用作合成纖維）和聚碳酸酯（PC）是這類(lèi)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(jì)算機(jī)和打字機(jī)的外殼、電子通信設(shè)備中的聯(lián)結(jié)元件、接線(xiàn)板和控制按鈕等。也可利用工程塑料的特殊物理或化學(xué)性能，如有機(jī)玻璃（PMMA）透光率很高，達(dá)92％（普通玻璃82％），紫外線(xiàn)透過(guò)率為73.5 ％（普通玻璃僅0.6 ％），故適于制作飛機(jī)或汽車(chē)中的窗玻璃和廠(chǎng)房中的采光天窗等；而聚四氟乙烯（PTFE）有極高的化學(xué)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(xué)性能，常用作化工管道和泵類(lèi)零件。4）復(fù)合材料金屬、聚合物、陶瓷自身都各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如把兩種材料結(jié)合在一起，發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，又可在一定程度上克服它們固有的弱點(diǎn)，這就產(chǎn)生了復(fù)合材料（compositematerials）。復(fù)合材料可實(shí)現(xiàn)材料性能的最佳組合，可分為塑料基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料三大類(lèi)，其中，塑料基復(fù)合材料的應(yīng)用最廣泛。因?yàn)椴ＡЮw維有高的彈性模量和強(qiáng)度，且成本低，而塑料容易加工成形，所以，早在20世紀(jì)40年代末就產(chǎn)生了用玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂的材料，俗稱(chēng)玻璃鋼，這是第一代復(fù)合材料。1981年美國(guó)通用汽車(chē)公司用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂基體的材料制作后橋的葉片彈簧，只用了一片質(zhì)量為3.6 kg的復(fù)合材料便代替了10片總質(zhì)量為18.6kg的鋼板彈簧。

編輯推薦

《材料成形技術(shù)基礎(chǔ)》：教育部高等學(xué)校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)推薦教材

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