本書是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。在編寫過程中認真總結了材料成形技術課程建設與教學改革的經驗,在精選傳統材料成形技術內容的基礎上,增加了在現代工業制造工程中應用的新材料、新技術和新工藝,介紹了當前材料成形技術的新進展及發展趨勢。全書共分7 章,內容包括:液態金屬鑄造成形、固態金屬塑性成形、金屬材料焊接成形、粉末冶金成形、非金屬材料與復合材料的成形、快速原型制造技術、選擇材料成形方法時要考慮的問題。每節后附有適量的思考練習題。
本書是高等工科院校機械類專業本科學生的通用教材,也可供工科近機類專業學生選用,同時可作為相關科研及工程技術人員的參考書。
本書是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。它是根據國家教育部頒布的《工程材料及機械制造基礎課程教學基本要求》和《工程材料及機械制造基礎系列課程改革指南》的精神,在認真吸取國內兄弟院校教學改革和課程建設成果的基礎上,結合編者多年的教學實踐體會和教學經驗編寫而成的。
材料的選用與材料成形技術是機械制造生產過程中必須考慮的重要問題。材料的選用與材料成形技術密切相關。材料只有經過各種加工,包括材料的成形、切削加工、改性處理、熱處理和連接等,最后形成產品,才能體現其功能和價值。隨著科學技術的飛速發展,以金屬材料為主要加工對象的機械制造技術已經發生了根本性的變化,金屬在現代制造業中所占的比重日益下降,各種新材料所占的比重越來越大。材料成形技術已不再是僅僅涉及金屬材料的成形,而是涉及各種不同工程材料的成形。因此,拓寬材料成形技術基礎的研究領域,建設好以現代工程材料成形工藝為基礎的課程,是適應當前工程教育和現代制造技術發展的必然趨勢。
社會主義市場經濟的發展對高等教育的人才培養提出了新的要求,既要注重培養學生獲取知識的能力,更要注重學生全面素質的提高。基于這一要求,本書以各種材料的成形技術為主線,系統闡述了材料成形技術的基本原理、基本知識和工程應用三個層次的內容。在體系上,精選傳統金屬工藝學內容,增加先進制造技術及其工藝方法。在內容上,突出材料成形的理論基礎,強化綜合分析與應用,增加了在制造業中普遍應用的新材料,增加了計算機應用等多方面的新工藝和新技術。在選材及選擇成形方法方面,安排了許多實例,給學生以一定的啟發,同時還加強了質量、成本、環保、競爭意識等教學內容。另外,書末還增加了常用材料成形技術專業術語英漢對照表,以幫助學生學習科技英語。
教材注重理論聯系實際。在講清基本原理的基礎上,從應用的角度出發,引入了大量實例,讓學生從中學習分析和設計材料成形的基本方法和技巧。
教材注重加強針對性和實用性,力求把傳授專業知識和培養專業技術應用能力有機地結合起來。培養學生正確運用材料成形的理論和方法的能力,讓學生掌握解決實際問題的方法和手段,以達到使學生所學知識與工作崗位要求內容接軌的目的。
教材內容的安排遵循人的認知規律。對概念、術語的引入,從實際出發,由淺入深,概念明確,條理性強。各節之后均附有思考練習題,供學生課后復習與擴展知識能力使用。
教材內的專業名詞、術語、符號、單位等均采用最新國家標準和行業標準。
教材適用面寬。本教材既可作為高等工科院校機械類專業本科學生的通用教材,也可供工科近機類專業學生選用,同時可供相關科研及工程技術人員學習參考。教材具有較廣的實用性和較大的參考價值。
本書由湯酞則主編,湘潭大學周增文、湖南工學院何鶴林任副主編。參加編寫的人員還有中南大學鐘世金,國防科技大學周繼偉,湖南大學葉久新。
本書由中南大學劉舜堯教授主審,他對本教材的編寫提出了許多寶貴的建設性意見,在此謹表示衷心的感謝!
在本書的編寫過程中,參考并引用了許多有關手冊、教材、學術雜志、文獻資料上的相關內容,借鑒了兄弟院校和同行專家的教學改革成果。值此本教材出版之際,特向以上專家、教授表示誠摯的感謝!
本書涉及的專業面較廣,由于編者水平所限,書中難免有錯誤和不足之處,敬請讀者及專家指正。
編者
2008年4月
緒論1
1 液態金屬鑄造成形6
1.1 液態金屬成形理論基礎6
1.1.1 液態金屬的流動性和充型能力7
1.1.2 鑄件的凝固與收縮10
1.1.3 鑄造內應力、變形和裂紋15
思考練習題19
1.2 砂型鑄造20
1.2.1 概述21
1.2.2 造型材料及工藝裝備22
1.2.3 造型與造芯方法25
1.2.4 砂型(芯)的烘干、合型、澆注及清理30
1.2.5 鑄造工藝方案的選擇33
1.2.6 鑄造工藝參數的選擇36
1.2.7 鑄造成形工藝設計實例39
思考練習題43
1.3 特種鑄造46
1.3.1 熔模鑄造46
1.3.2 金屬型鑄造48
1.3.3 壓力鑄造50
1.3.4 低壓鑄造51
1.3.5 離心鑄造52
1.3.6 陶瓷型鑄造54
1.3.7 實型鑄造55
1.3.8 磁型鑄造55
思考練習題56
1.4 常用合金鑄件的生產56
1.4.1 鑄鐵件生產57
1.4.2 鑄鋼件生產70
1.4.3 非鐵合金鑄件生產72
1.4.4 常用鑄造方法的比較76
思考練習題77
1.5 鑄件結構設計78
1.5.1 鑄造工藝對鑄件結構設計的要求78
1.5.2 鑄造性能對鑄件結構設計的要求80
思考練習題84
1.6 液態金屬成形新工藝、新技術85
1.6.1 懸浮鑄造85
1.6.2 半固態金屬鑄造86
1.6.3 近終形狀鑄造87
1.6.4 計算機數值模擬技術87
思考練習題89
2 固態金屬塑性成形90
2.1 金屬塑性成形理論基礎91
2.1.1 金屬塑性變形的實質91
2.1.2 金屬的冷變形強化與再結晶94
2.1.3 金屬的冷、熱塑性變形對組織結構和性能的影響96
2.1.4 金屬的鍛造性能及影響鍛造性能的因素98
思考練習題101
2.2 自由鍛造101
2.2.1 自由鍛造的基本工序102
2.2.2 自由鍛造工藝規程的制定103
2.2.3 自由鍛造鍛件的結構工藝性107
2.2.4 毛坯加熱方法 109
2.2.5 鍛件冷卻112
思考練習題113
2.3 模型鍛造113
2.3.1 錘上模鍛114
2.3.2 壓力機上模鍛117
2.3.3 胎模鍛120
2.3.4 模鍛件的結構工藝性121
2.3.5 鍛模結構設計122
2.3.6 切邊與沖連皮模的設計125
思考練習題126
2.4 板料沖壓127
2.4.1 沖壓基本工序127
2.4.2 冷沖壓模具135
2.4.3 沖壓件的結構工藝性141
思考練習題143
2.5 其他塑性成形方法144
2.5.1 精密模鍛144
2.5.2 精密沖裁145
2.5.3 擠壓成形146
2.5.4 軋制成形148
2.5.5 塑性成形新工藝、新技術149
思考練習題154
3 金屬材料焊接成形155
3.1 金屬材料焊接成形理論基礎156
3.1.1 焊接基礎知識156
3.1.2 焊接電弧158
3.1.3 熔化焊化學冶金過程159
3.1.4 焊接接頭161
3.1.5 焊接應力與變形163
思考練習題166
3.2 常用電弧焊方法167
3.2.1 焊條電弧焊167
3.2.2 埋弧自動焊170
3.2.3 氣體保護電弧焊174
3.2.4 等離子弧焊接與切割177
思考練習題179
3.3 其他焊接方法179
3.3.1 熔焊179
3.3.2 壓焊186
3.3.3 釬焊189
3.3.4 焊接新技術、新工藝191
思考練習題194
3.4 常用金屬材料的焊接194
3.4.1 金屬材料的焊接性194
3.4.2 碳素鋼和低合金結構鋼的焊接196
3.4.3 不銹鋼、耐熱鋼的焊接197
3.4.4 鑄鐵的焊補200
3.4.5 非鐵金屬及其合金的焊接201
思考練習題202
3.5 焊接件的結構工藝性203
3.5.1 焊接結構件材料的選擇203
3.5.2 焊接方法的選擇204
3.5.3 焊接接頭設計206
3.5.4 焊接結構工藝設計208
3.5.5 焊接結構圖的繪制211
3.5.6 焊接檢驗214
思考練習題216
4 粉末冶金成形218
4.1 粉末冶金成形工藝218
4.1.1 粉末的制取218
4.1.2 粉末制品的成形220
4.1.3 燒結222
4.1.4 后處理224
4.1.5 粉末冶金成形新技術、新工藝224
思考練習題227
4.2 粉末冶金制品的結構工藝性228
4.2.1 粉末冶金制品的結構工藝要求228
4.2.2 粉末冶金制品中的常見缺陷231
思考練習題234
5 非金屬材料與復合材料的成形235
5.1 工程塑料及其成形235
5.1.1 工程塑料的組成及分類235
5.1.2 工程塑料的成形性能238
5.1.3 工程塑料的成形方法及模具240
5.1.4 塑料制品的結構工藝性250
思考練習題257
5.2 橡膠及其成形257
5.2.1 工業橡膠的組成及特點257
5.2.2 橡膠制品成形技術259
思考練習題262
5.3 膠粘劑及黏結成形262
5.3.1 膠接的特點及應用263
5.3.2 常用膠粘劑263
5.3.3 膠接工藝265
思考練習題267
5.4 工業陶瓷及其成形267
5.4.1 陶瓷的組織結構及性能267
5.4.2 常用陶瓷材料269
5.4.3 陶瓷制品成形技術270
思考練習題276
5.5 復合材料及其成形276
5.5.1 復合材料的性能特點276
5.5.2 復合材料的分類277
5.5.3 復合材料的成形方法278
思考練習題281
6 快速原型制造技術282
6.1 快速原型制造技術的基本原理及應用特點282
6.1.1 快速原型制造技術的基本原理282
6.1.2 快速原型制造技術的應用特點284
思考練習題285
6.2 快速原型制造技術的典型工藝方法286
6.2.1 立體光固化成形法286
6.2.2 層合實體制造法287
6.2.3 選擇性激光燒結法288
6.2.4 熔絲沉積制模法290
6.2.5 三維噴涂黏結成形法290
6.2.6 快速原型系統的主要技術指標291
思考練習題291
6.3 快速原型制造技術的應用及展望292
6.3.1 采用逆向工程構造三維模型292
6.3.2 快速原型制造技術的應用294
6.3.3 快速原型制造技術展望297
思考練習題298
7 選擇材料成形方法時要考慮的問題299
7.1 材料成形方法的選擇299
7.1.1 零件的失效分析299
7.1.2 材料成形方法選擇的基本原則301
思考練習題305
7.2 零件毛坯的主要種類及成形特點305
7.2.1 金屬的鑄造成形特點305
7.2.2 金屬的塑性成形特點306
7.2.3 金屬的焊接成形特點307
7.2.4 塑料件的成形特點310
7.2.5 粉末冶金件、陶瓷及復合材料件等的成形特點311
思考練習題316
7.3 常用零件毛坯的成形方法316
7.3.1 常用零件毛坯的特點316
7.3.2 毛坯成形方法選擇實例319
思考練習題321
常用專業術語323
主要參考文獻330