材料加工工艺

作者简介

《材料加工工艺(第2版)》为“清华大学材料加工系列教材”之一，也是国家级精品课程“材料加工”的系列教材之一。全书介绍了材料加工的主要工艺，包括金属液态成形、塑性成形、金属的焊接、粉末成形、高分子成形等各种材料加工工艺，以及机械零件成形方法的选择。各章还附有参考书目和复习思考题《材料加工工艺(第2版)》可作为高等院校材料成形与控制工程、材料加工及制造等专业及相近专业学生的教材或参考书，也可以供有关工程技术人员学习、参考。

书籍目录

1 绪论　1.1 材料加工工艺在制造业中的地位　1.2 材料加工工艺的展望　1.3 “材料加工工艺”课程的任务　参考文献2 液态金属成形　2.1 概述　2.1.1 铸造生产的特点　2.1.2 铸造方法　2.2 金属的熔炼　2.2.1 铸铁的熔炼　2.2.2 铸钢的熔炼　2.2.3 铝合金的熔炼　2.3 砂型铸造　2.3.1 粘土砂型　2.3.2 粘土砂型的类别　2.3.3 砂型的紧实　2.3.4 制芯工艺　2.3.5 树脂自硬砂型（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 涂料的基本组成　2.4.3 涂料的制备与涂敷方法　2.5 铸造工艺设计　2.5.1 零件结构的工艺性　2.5.2 造型及制芯方法的选择　2.5.3 浇注位置的确定　2.5.4 分型面的选择　2.5.5 砂芯设计　2.5.6 铸造工艺设计参数　2.5.7 浇注系统设计　2.5.8 冒口与冷铁　2.6 其他铸造方法　2.6.1 金属型铸造　2.6.2 低压铸造　2.6.3 压力铸造　2.6.4 熔模铸造　2.6.5 陶瓷型铸造　2.6.6 消失模铸造　2.6.7 离心铸造　复习思考题　参考文献3 金属塑性成形　3.1 塑性成形工艺概述　3.1.1 塑性成形工艺的特点及应用　3.1.2 塑性成形工艺的分类　3.2 锻造工艺　3.2.1 锻前加热　3.2.2 自由锻造　3.2.3 模锻　3.2.4 锻造模具　3.3 板料冲压工艺　3.3.1 冲裁　3.3.2 弯曲　3.3.3 拉深　3.3.4 胀形　3.3.5 翻边　3.3.6 旋压　3.3.7 板料冲压性能参数及实验方法　3.3.8 冲压模具　3.4 锻压设备　3.4.1 机械压力机　3.4.2 液压机　3.5 轧制工艺　3.6 挤压工艺　3.7 拉拔工艺　复习思考题　参考文献4 金属的焊接　4.1 焊接技术的范畴　4.2 电弧焊接技术基础　4.2.1 焊接电弧　4.2.2 熔滴过渡　4.2.3 焊缝成形　4.2.4 焊接接头　4.2.5 弧焊电源基础知识　4.2.6 焊接电弧自动控制基础　4.3 常用的电弧焊接方法　4.3.1 焊条电弧焊　4.3.2 埋弧焊　4.3.3 CO2电弧焊　4.3.4 熔化极氩弧焊　4.3.5 钨极氩弧焊　4.3.6 等离子弧焊　4.4 焊接工艺方法的分类和选用　4.4.1 金属焊接方法的分类　4.4.2 金属焊接方法的选用　4.4.3 焊接工艺方法的发展　复习思考题　参考文献5 粉末成形　5.1 概述　5.2 粉末体及粉末特性　5.2.1 粉末体和粉末颗粒　5.2.2 粉末颗粒的结晶构造和表面状态　5.2.3 粉末的性能　5.3 粉末成形对成形原料的要求　5.3.1 对粉末性能的要求　5.3.2 对坯料流动性和水分的要求　5.3.3 对坯料流变性的要求　5.3.4 粉末成形前原料的准备　5.4 粉末成形坯体的结构与性质　5.4.1 粉末成形坯体的结构　5.4.2 粉末成形坯体性能　5.5 粉末成形方法　5.5.1 粉末成形方法分类　5.5.2 常用的粉末成形方法　5.6 烧结　5.6.1 材料的烧结过程　5.6.2 粉末烧结材料的显微结构特征　5.7 粉末成形对后续加工工艺的影响　5.7.1 对干燥工艺的影响　5.7.2 对烧结的影响　5.7.3 对机械加工的影响　5.8 粉末成形技术的发展　复习思考题　参考文献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 橡胶　6.1.3 高分子复合材料　6.2 高分子材料的加工特性　6.2.1 高分子材料物理形态的转变温度　6.2.2 高分子材料熔体的流动　6.2.3 高分子材料加工的取向结构　6.2.4 高分子材料的结晶性　6.2.5 高分子材料的降解　6.3 注射成形　6.3.1 注射成形设备　6.3.2 注射成形工艺　6.3.3 其他注射成形方法　6.4 挤出成形　6.4.1 挤出成形设备　6.4.2 挤出成形工艺　6.5 其他常见的高分子材料成形方法　6.5.1 中空成形　6.5.2 模压成形　6.5.3 压延成形　6.5.4 热成形　6.6 树脂基复合材料成形　6.6.1 几种接触成形方法　6.6.2 复合材料模压成形技术　6.6.3 缠绕成形　6.6.4 树脂传递模塑成形　复习思考题　参考文献7 机械零件成形方法的选择　7.1 机械零件成形方法的选择原则和依据　7.1.1 机械零件的总体要求　7.1.2 选择成形方法的一般原则和依据　7.1.3 其他应考虑的问题　7.2 典型装备制造中成形工艺的应用　7.2.1 成形技术的发展　7.2.2 飞机制造中的成形工艺　7.2.3 宇航结构制造中的成形工艺　7.2.4 装甲结构制造中的成形工艺　7.2.5 船舶结构制造中的成形工艺　7.2.6 汽车结构制造中的成形工艺　7.3 成形质量与检验　7.3.1 成形质量检验方法　7.3.2 成形质量检验过程　7.3.3 成形件质量控制　7.4 机械零件的失效、修复与再制造　7.4.1 机械零部件的失效　7.4.2 机械零部件的修复与再制造　复习思考题参考文献

编辑推荐

《材料加工工艺(第2版)》：普通高等教育“十一五”国家级规划教材,国家级精品课程“材料加工”系列教材,清华大学材料加工系列教材

前言

材料加工技术是制造业的关键共性技术之一，也是生产高质量产品的基础。材料加工工艺在制造业及国民经济中具有十分重要的作用和地位，从交通运输、通信到航空、航天，从日常生活用品到军事国防，都离不开材料加工技术。一方面，铸造、焊接、锻压、金属材料热处理等材料成形加工技术仍然是今天制造业，特别是装备制造业的主要成形加工技术，而且在相当长的时间里是不可能被其他技术完全替代的；另一方面，由于这些加工技术的不断进步，并和信息技术等高新技术融合、渗透，赋予这些成形加工技术新的内涵。同时，由于新材料及高新技术的出现，新一代成形加工工艺也日新月异。在2l世纪，以“精确成形”及“短流程”为代表的材料成形加工技术将得到快速发展。从宏观到微观的多尺度模拟仿真是材料成形加工计算机集成制造的主要内容，而高性能、高保真、高效率则是基于知识的材料成形加工工艺模拟仿真的目标。以“集成的产品与工艺设计”思想为核心的并行工程已成为产品及相关制造过程集成设计的系统方法。以计算机模拟仿真与虚拟现实技术为手段的敏捷制造技术将继计算机网络技术、知识库技术，成为先进制造技术的重要支撑环境。网络化、智能化是21世纪产品与制造过程设计的趋势，而绿色制造将是2工世纪材料成形加工技术的新的发展方向。

章节摘录

插图：材料的使用性能取决于材料的组织结构和成分，然而材料的应用最终取决于材料的制备与成形加工。因而，材料的成形加工工艺是制造高质量、低成本产品的中心环节，是材料科学与工程四要素中极为关键的一个要素（图11），也是促进新材料研究、开发、应用和产业化的决定因素。材料加工技术不仅在机械电子工业领域、而且对制造业中的纺织工业、资源加工业及其他工业领域都起着重要作用。机械工业是国民经济的支柱产业。我国机械工业近年来取得了飞速的发展。根据中国机械工业联合会提供的统计数字,2006年我国机械工业的工业增加值占同期国内生产总值(GDP)的6.86%,国际上通常认为： 当一个产业的增加值超过国内生产总值的5%即为支柱产业，我国机械工业长期以来高于此值。我国的机械工业无论产值、利润、新产品产值、进出口总额都在我国有着重要地位。2006年，我国机械工业总产值突破5万亿元大关，全行业连续4年以20%以上的增幅快速发展。在主要机械产品中，2006年发电设备产量为1.1亿千瓦，比2005年创造的9200万千瓦的历史纪录又增加了1800万千瓦。汽车产量为728万辆，比上年增长27.6%，已超过德国，仅次于美国、日本，居世界第三位。金属切削机床，按销售额计仅次于日本、德国，居世界第三位。在其他重要机械产品中，产量已居世界第一位的还有大中型拖拉机、铲土运输机械、数码相机、复印机械、塑料加工机械、起重设备、工业锅炉、变压器、电动工具、金属集装箱、摩托车等。以铸造、塑性加工、焊接、热处理、电镀为代表的材料成形与改性加工技术是国民经济的基础制造技术，它所提供的产品零件具有精密化、轻量化、高质量和高精度、形状复杂、生产效率高的特点，同时又能做到材料和能源消耗少、污染低，节约资源和能源，是一种可持续发展的技术。它对我国国民经济的发展和国防力量的增长起着重要作用，占有重要地位。在汽车、石化、钢铁、电力、造船、纺织、装备制造等支柱产业中，铸件都占有较大的比重。全世界钢材的75%要进行塑性加工，65%的钢材要用焊接得以成形，80%以上的零件需经过热处理提高其性能； 汽车重量的65%以上仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过铸造、塑性加工、焊接、热处理等加工方法而成形。铸造是制造业的基础，也是国民经济的基础产业，各行业都离不开铸件，从汽车、机床到航空、航天、国防以及人们的日常生活等都需要铸件。汽车中铸件重量占整车重量的19%（轿车）～23%（卡车）； 手机、笔记本电脑和许多照相机、录像机的壳体都是铝镁轻合金铸件。我国铸件总产量2007年已达3127万t，超过美国和日本铸件年产量的总和，占世界产量的30%。我国铸件出口数量呈逐年递升趋势，目前每年铸件出口总量占铸件总产量的1/10左右。我国也是世界塑性成形的第一大国，我国锻造、冲压、零件轧制成形超过2000万t。我国生产大型锻件的能力和拥有自由锻造水压机的数量、压力等级及大型锻件生产能力等均已跨入世界大型锻件生产大国之列。通过技术引进、技术改造和科技创新，我国大型锻件的生产技术水平大大提高，能提供如300MW核电机组及火电机组成套锻件和轧钢设备等用大型锻件，已具备走向国际市场的能力。我国2007年粗钢产量达到4.8966亿t，成品钢材5.6894亿t，成为世界最大的钢生产与消费国，而焊接结构的用钢量也相当于美国或日本一年的钢产量，成为世界上最大的焊接钢结构制造国。我国每年钢材热处理的总重量约为全国钢材总产量的30%，年实际热处理生产量超过1亿t。我国现有热处理厂点约为2余万家，主要分布在钢铁和机械行业中。世界制造业的发展史告诉我们，要制造一部好的机器，不仅需要好的设计，更重要的是靠良好的制造工艺来保证，特别是要保证有好的零件毛坯； 用劣质的、不良的毛坯是无法装配出优质的产品来。现在我国生产的汽车质量与工业发达国家相比仍有较大的差距，其原因主要不在于设计水平，而在于制造工艺水平较差； 汽车的使用寿命、耗油量、可靠性、安全性等无不与毛坯的制造工艺水平有密切关系。所以，材料加工工艺在制造业中占有非常重要的作用。1.2材料加工工艺的展望展望未来，材料成形制造技术一方面正在从主要制造毛坯向直接制造成工件即精确成形或称净成形工艺的方向发展； 另一方面为控制或确保工件质量，成形制造技术已经从主要凭经验走向有理论指导的生产过程，成形制造过程的计算机模拟仿真技术已经进入实用化阶段。近年来，精确铸造成形技术发展迅速，方法繁多，在诸多的工业领域中，轿车铸件的生产往往最集中地反映了精确铸造成形技术发展的新动向。为了提高轿车的运行速度和节约能源，轿车铸件生产朝着轻量化、精确化、强韧化和复合化方向发展。国外正在研究3mm壁厚的灰铸铁缸体，3mm壁厚的耐热合金钢排气管和2.0～2.5mm壁厚的球墨铸铁件。扩大铝镁合金的应用是轿车工业的重要发展趋势，国外汽车材料铝合金用量以每年10%的速度递增。日本全部轿车缸盖已采用高强度铝合金生产，预计越来越多的汽缸体也将采用铝合金生产。国外已经提出从近精确成形铸造向精确成形铸造发展。为了实现这一目标，除继续发展低压铸造及压力铸造等工艺外，各种新一代精确铸造成形技术应用也更加普遍，水平更高。与此同时，各种铸造工艺的复合、传统铸造合金与新型工程材料的复合成为铸造生产的另一重要动向。

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