材料加工工藝

前言

材料加工技術(shù)是制造業(yè)的關(guān)鍵共性技術(shù)之一，也是生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的基礎(chǔ)。材料加工工藝在制造業(yè)及國民經(jīng)濟(jì)中具有十分重要的作用和地位，從交通運(yùn)輸、通信到航空、航天，從日常生活用品到軍事國防，都離不開材料加工技術(shù)。一方面，鑄造、焊接、鍛壓、金屬材料熱處理等材料成形加工技術(shù)仍然是今天制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)的主要成形加工技術(shù)，而且在相當(dāng)長的時間里是不可能被其他技術(shù)完全替代的；另一方面，由于這些加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，并和信息技術(shù)等高新技術(shù)融合、滲透，賦予這些成形加工技術(shù)新的內(nèi)涵。同時，由于新材料及高新技術(shù)的出現(xiàn)，新一代成形加工工藝也日新月異。在2l世紀(jì)，以“精確成形”及“短流程”為代表的材料成形加工技術(shù)將得到快速發(fā)展。從宏觀到微觀的多尺度模擬仿真是材料成形加工計算機(jī)集成制造的主要內(nèi)容，而高性能、高保真、高效率則是基于知識的材料成形加工工藝模擬仿真的目標(biāo)。以“集成的產(chǎn)品與工藝設(shè)計”思想為核心的并行工程已成為產(chǎn)品及相關(guān)制造過程集成設(shè)計的系統(tǒng)方法。以計算機(jī)模擬仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)為手段的敏捷制造技術(shù)將繼計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、知識庫技術(shù)，成為先進(jìn)制造技術(shù)的重要支撐環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)化、智能化是21世紀(jì)產(chǎn)品與制造過程設(shè)計的趨勢，而綠色制造將是2工世紀(jì)材料成形加工技術(shù)的新的發(fā)展方向。

內(nèi)容概要

本書為“清華大學(xué)材料加工系列教材”之一，也是國家級精品課程“材料加工”的系列教材之一。全書介紹了材料加工的主要工藝，包括金屬液態(tài)成形、塑性成形、金屬的焊接、粉末成形、高分子成形等各種材料加工工藝，以及機(jī)械零件成形方法的選擇。各章還附有參考書目和復(fù)習(xí)思考題本書可作為高等院校材料成形與控制工程、材料加工及制造等專業(yè)及相近專業(yè)學(xué)生的教材或參考書，也可以供有關(guān)工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)、參考。

書籍目錄

1 緒論　1.1 材料加工工藝在制造業(yè)中的地位　1.2 材料加工工藝的展望　1.3 “材料加工工藝”課程的任務(wù)　參考文獻(xiàn)2 液態(tài)金屬成形　2.1 概述　2.1.1 鑄造生產(chǎn)的特點　2.1.2 鑄造方法　2.2 金屬的熔煉　2.2.1 鑄鐵的熔煉　2.2.2 鑄鋼的熔煉　2.2.3 鋁合金的熔煉　2.3 砂型鑄造　2.3.1 粘土砂型　2.3.2 粘土砂型的類別　2.3.3 砂型的緊實　2.3.4 制芯工藝　2.3.5 樹脂自硬砂型（芯）　2.3.6 水玻璃砂型（芯）　2.4 涂料　2.4.1 涂料的作用　2.4.2 涂料的基本組成　2.4.3 涂料的制備與涂敷方法　2.5 鑄造工藝設(shè)計　2.5.1 零件結(jié)構(gòu)的工藝性　2.5.2 造型及制芯方法的選擇　2.5.3 澆注位置的確定　2.5.4 分型面的選擇　2.5.5 砂芯設(shè)計　2.5.6 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)　2.5.7 澆注系統(tǒng)設(shè)計　2.5.8 冒口與冷鐵　2.6 其他鑄造方法　2.6.1 金屬型鑄造　2.6.2 低壓鑄造　2.6.3 壓力鑄造　2.6.4 熔模鑄造　2.6.5 陶瓷型鑄造　2.6.6 消失模鑄造　2.6.7 離心鑄造　復(fù)習(xí)思考題　參考文獻(xiàn)3 金屬塑性成形　3.1 塑性成形工藝概述　3.1.1 塑性成形工藝的特點及應(yīng)用　3.1.2 塑性成形工藝的分類　3.2 鍛造工藝　3.2.1 鍛前加熱　3.2.2 自由鍛造　3.2.3 模鍛　3.2.4 鍛造模具　3.3 板料沖壓工藝　3.3.1 沖裁　3.3.2 彎曲　3.3.3 拉深　3.3.4 脹形　3.3.5 翻邊　3.3.6 旋壓　3.3.7 板料沖壓性能參數(shù)及實驗方法　3.3.8 沖壓模具　3.4 鍛壓設(shè)備　3.4.1 機(jī)械壓力機(jī)　3.4.2 液壓機(jī)　3.5 軋制工藝　3.6 擠壓工藝　3.7 拉拔工藝　復(fù)習(xí)思考題　參考文獻(xiàn)4 金屬的焊接　4.1 焊接技術(shù)的范疇　4.2 電弧焊接技術(shù)基礎(chǔ)　4.2.1 焊接電弧　4.2.2 熔滴過渡　4.2.3 焊縫成形　4.2.4 焊接接頭　4.2.5 弧焊電源基礎(chǔ)知識　4.2.6 焊接電弧自動控制基礎(chǔ)　4.3 常用的電弧焊接方法　4.3.1 焊條電弧焊　4.3.2 埋弧焊　4.3.3 CO2電弧焊　4.3.4 熔化極氬弧焊　4.3.5 鎢極氬弧焊　4.3.6 等離子弧焊　4.4 焊接工藝方法的分類和選用　4.4.1 金屬焊接方法的分類　4.4.2 金屬焊接方法的選用　4.4.3 焊接工藝方法的發(fā)展　復(fù)習(xí)思考題　參考文獻(xiàn)5 粉末成形　5.1 概述　5.2 粉末體及粉末特性　5.2.1 粉末體和粉末顆粒　5.2.2 粉末顆粒的結(jié)晶構(gòu)造和表面狀態(tài)　5.2.3 粉末的性能　5.3 粉末成形對成形原料的要求　5.3.1 對粉末性能的要求　5.3.2 對坯料流動性和水分的要求　5.3.3 對坯料流變性的要求　5.3.4 粉末成形前原料的準(zhǔn)備　5.4 粉末成形坯體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)　5.4.1 粉末成形坯體的結(jié)構(gòu)　5.4.2 粉末成形坯體性能　5.5 粉末成形方法　5.5.1 粉末成形方法分類　5.5.2 常用的粉末成形方法　5.6 燒結(jié)　5.6.1 材料的燒結(jié)過程　5.6.2 粉末燒結(jié)材料的顯微結(jié)構(gòu)特征　5.7 粉末成形對后續(xù)加工工藝的影響　5.7.1 對干燥工藝的影響　5.7.2 對燒結(jié)的影響　5.7.3 對機(jī)械加工的影響　5.8 粉末成形技術(shù)的發(fā)展　復(fù)習(xí)思考題　參考文獻(xiàn)6 高分子材料成形方法　6.1 高分子材料成形概述　6.1.1 塑料　6.1.2 橡膠　6.1.3 高分子復(fù)合材料　6.2 高分子材料的加工特性　6.2.1 高分子材料物理形態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度　6.2.2 高分子材料熔體的流動　6.2.3 高分子材料加工的取向結(jié)構(gòu)　6.2.4 高分子材料的結(jié)晶性　6.2.5 高分子材料的降解　6.3 注射成形　6.3.1 注射成形設(shè)備　6.3.2 注射成形工藝　6.3.3 其他注射成形方法　6.4 擠出成形　6.4.1 擠出成形設(shè)備　6.4.2 擠出成形工藝　6.5 其他常見的高分子材料成形方法　6.5.1 中空成形　6.5.2 模壓成形　6.5.3 壓延成形　6.5.4 熱成形　6.6 樹脂基復(fù)合材料成形　6.6.1 幾種接觸成形方法　6.6.2 復(fù)合材料模壓成形技術(shù)　6.6.3 纏繞成形　6.6.4 樹脂傳遞模塑成形　復(fù)習(xí)思考題　參考文獻(xiàn)7 機(jī)械零件成形方法的選擇　7.1 機(jī)械零件成形方法的選擇原則和依據(jù)　7.1.1 機(jī)械零件的總體要求　7.1.2 選擇成形方法的一般原則和依據(jù)　7.1.3 其他應(yīng)考慮的問題　7.2 典型裝備制造中成形工藝的應(yīng)用　7.2.1 成形技術(shù)的發(fā)展　7.2.2 飛機(jī)制造中的成形工藝　7.2.3 宇航結(jié)構(gòu)制造中的成形工藝　7.2.4 裝甲結(jié)構(gòu)制造中的成形工藝　7.2.5 船舶結(jié)構(gòu)制造中的成形工藝　7.2.6 汽車結(jié)構(gòu)制造中的成形工藝　7.3 成形質(zhì)量與檢驗　7.3.1 成形質(zhì)量檢驗方法　7.3.2 成形質(zhì)量檢驗過程　7.3.3 成形件質(zhì)量控制　7.4 機(jī)械零件的失效、修復(fù)與再制造　7.4.1 機(jī)械零部件的失效　7.4.2 機(jī)械零部件的修復(fù)與再制造　復(fù)習(xí)思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：材料的使用性能取決于材料的組織結(jié)構(gòu)和成分，然而材料的應(yīng)用最終取決于材料的制備與成形加工。因而，材料的成形加工工藝是制造高質(zhì)量、低成本產(chǎn)品的中心環(huán)節(jié)，是材料科學(xué)與工程四要素中極為關(guān)鍵的一個要素（圖11），也是促進(jìn)新材料研究、開發(fā)、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的決定因素。材料加工技術(shù)不僅在機(jī)械電子工業(yè)領(lǐng)域、而且對制造業(yè)中的紡織工業(yè)、資源加工業(yè)及其他工業(yè)領(lǐng)域都起著重要作用。機(jī)械工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。我國機(jī)械工業(yè)近年來取得了飛速的發(fā)展。根據(jù)中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會提供的統(tǒng)計數(shù)字,2006年我國機(jī)械工業(yè)的工業(yè)增加值占同期國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的6.86%,國際上通常認(rèn)為： 當(dāng)一個產(chǎn)業(yè)的增加值超過國內(nèi)生產(chǎn)總值的5%即為支柱產(chǎn)業(yè)，我國機(jī)械工業(yè)長期以來高于此值。我國的機(jī)械工業(yè)無論產(chǎn)值、利潤、新產(chǎn)品產(chǎn)值、進(jìn)出口總額都在我國有著重要地位。2006年，我國機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值突破5萬億元大關(guān)，全行業(yè)連續(xù)4年以20%以上的增幅快速發(fā)展。在主要機(jī)械產(chǎn)品中，2006年發(fā)電設(shè)備產(chǎn)量為1.1億千瓦，比2005年創(chuàng)造的9200萬千瓦的歷史紀(jì)錄又增加了1800萬千瓦。汽車產(chǎn)量為728萬輛，比上年增長27.6%，已超過德國，僅次于美國、日本，居世界第三位。金屬切削機(jī)床，按銷售額計僅次于日本、德國，居世界第三位。在其他重要機(jī)械產(chǎn)品中，產(chǎn)量已居世界第一位的還有大中型拖拉機(jī)、鏟土運(yùn)輸機(jī)械、數(shù)碼相機(jī)、復(fù)印機(jī)械、塑料加工機(jī)械、起重設(shè)備、工業(yè)鍋爐、變壓器、電動工具、金屬集裝箱、摩托車等。以鑄造、塑性加工、焊接、熱處理、電鍍?yōu)榇淼牟牧铣尚闻c改性加工技術(shù)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)制造技術(shù)，它所提供的產(chǎn)品零件具有精密化、輕量化、高質(zhì)量和高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)效率高的特點，同時又能做到材料和能源消耗少、污染低，節(jié)約資源和能源，是一種可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)。它對我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國防力量的增長起著重要作用，占有重要地位。在汽車、石化、鋼鐵、電力、造船、紡織、裝備制造等支柱產(chǎn)業(yè)中，鑄件都占有較大的比重。全世界鋼材的75%要進(jìn)行塑性加工，65%的鋼材要用焊接得以成形，80%以上的零件需經(jīng)過熱處理提高其性能； 汽車重量的65%以上仍由鋼材、鋁合金、鑄鐵等材料通過鑄造、塑性加工、焊接、熱處理等加工方法而成形。鑄造是制造業(yè)的基礎(chǔ)，也是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，各行業(yè)都離不開鑄件，從汽車、機(jī)床到航空、航天、國防以及人們的日常生活等都需要鑄件。汽車中鑄件重量占整車重量的19%（轎車）～23%（卡車）； 手機(jī)、筆記本電腦和許多照相機(jī)、錄像機(jī)的殼體都是鋁鎂輕合金鑄件。我國鑄件總產(chǎn)量2007年已達(dá)3127萬t，超過美國和日本鑄件年產(chǎn)量的總和，占世界產(chǎn)量的30%。我國鑄件出口數(shù)量呈逐年遞升趨勢，目前每年鑄件出口總量占鑄件總產(chǎn)量的1/10左右。我國也是世界塑性成形的第一大國，我國鍛造、沖壓、零件軋制成形超過2000萬t。我國生產(chǎn)大型鍛件的能力和擁有自由鍛造水壓機(jī)的數(shù)量、壓力等級及大型鍛件生產(chǎn)能力等均已跨入世界大型鍛件生產(chǎn)大國之列。通過技術(shù)引進(jìn)、技術(shù)改造和科技創(chuàng)新，我國大型鍛件的生產(chǎn)技術(shù)水平大大提高，能提供如300MW核電機(jī)組及火電機(jī)組成套鍛件和軋鋼設(shè)備等用大型鍛件，已具備走向國際市場的能力。我國2007年粗鋼產(chǎn)量達(dá)到4.8966億t，成品鋼材5.6894億t，成為世界最大的鋼生產(chǎn)與消費(fèi)國，而焊接結(jié)構(gòu)的用鋼量也相當(dāng)于美國或日本一年的鋼產(chǎn)量，成為世界上最大的焊接鋼結(jié)構(gòu)制造國。我國每年鋼材熱處理的總重量約為全國鋼材總產(chǎn)量的30%，年實際熱處理生產(chǎn)量超過1億t。我國現(xiàn)有熱處理廠點約為2余萬家，主要分布在鋼鐵和機(jī)械行業(yè)中。世界制造業(yè)的發(fā)展史告訴我們，要制造一部好的機(jī)器，不僅需要好的設(shè)計，更重要的是靠良好的制造工藝來保證，特別是要保證有好的零件毛坯； 用劣質(zhì)的、不良的毛坯是無法裝配出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品來。現(xiàn)在我國生產(chǎn)的汽車質(zhì)量與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距，其原因主要不在于設(shè)計水平，而在于制造工藝水平較差； 汽車的使用壽命、耗油量、可靠性、安全性等無不與毛坯的制造工藝水平有密切關(guān)系。所以，材料加工工藝在制造業(yè)中占有非常重要的作用。1.2材料加工工藝的展望展望未來，材料成形制造技術(shù)一方面正在從主要制造毛坯向直接制造成工件即精確成形或稱凈成形工藝的方向發(fā)展； 另一方面為控制或確保工件質(zhì)量，成形制造技術(shù)已經(jīng)從主要憑經(jīng)驗走向有理論指導(dǎo)的生產(chǎn)過程，成形制造過程的計算機(jī)模擬仿真技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實用化階段。近年來，精確鑄造成形技術(shù)發(fā)展迅速，方法繁多，在諸多的工業(yè)領(lǐng)域中，轎車鑄件的生產(chǎn)往往最集中地反映了精確鑄造成形技術(shù)發(fā)展的新動向。為了提高轎車的運(yùn)行速度和節(jié)約能源，轎車鑄件生產(chǎn)朝著輕量化、精確化、強(qiáng)韌化和復(fù)合化方向發(fā)展。國外正在研究3mm壁厚的灰鑄鐵缸體，3mm壁厚的耐熱合金鋼排氣管和2.0～2.5mm壁厚的球墨鑄鐵件。擴(kuò)大鋁鎂合金的應(yīng)用是轎車工業(yè)的重要發(fā)展趨勢，國外汽車材料鋁合金用量以每年10%的速度遞增。日本全部轎車缸蓋已采用高強(qiáng)度鋁合金生產(chǎn)，預(yù)計越來越多的汽缸體也將采用鋁合金生產(chǎn)。國外已經(jīng)提出從近精確成形鑄造向精確成形鑄造發(fā)展。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，除繼續(xù)發(fā)展低壓鑄造及壓力鑄造等工藝外，各種新一代精確鑄造成形技術(shù)應(yīng)用也更加普遍，水平更高。與此同時，各種鑄造工藝的復(fù)合、傳統(tǒng)鑄造合金與新型工程材料的復(fù)合成為鑄造生產(chǎn)的另一重要動向。

編輯推薦

《材料加工工藝(第2版)》：普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材,國家級精品課程“材料加工”系列教材,清華大學(xué)材料加工系列教材

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