工程材料成形基础

本书为普通高等教育机械类及近机械类的专业技术基础课教材。主要介绍金属材料的铸造、锻造、冲压、焊接等，并在传统成形的基础上，增加了粉末冶金成形。分别从它们的成形特点及应用、成形方法、成形理论、成形工艺设计、常用材料成形、成形件结构工艺性、成形新技术等方面阐述，条理清晰、重点突出。简要介绍塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料和复合材料成形。概括介绍零件成形方法的选择、零件成形质量控制及检验等。本书补充了较多的工程实例、工艺图、设备图、数据表格、比较表格等，增加了数字化智能成形、快速成形等内容，把基础理论与工程实践相结合，适应目前创新型应用型工程技术人才的培养。
全书共8章，包括金属材料的铸造成形、锻造成形、冲压成形、焊接成形、粉末冶金成形，非金属材料及复合材料的成形,零件成形方法的选择,零件成形质量控制及检验。
本书可作为高等院校的基础课程教材，适用于机械制造、机械设计、机电一体化等机械类专业,以及模具制造、车辆工程、能源与动力、农业机械、过程装备、交通运输等近机械类专业和高分子、电化学等材料加工相关本科专业。也可作为普通高等职业学校、高等专科学校、成人教育及有关工程技术人员的学习和参考用书。

前言
绪论1
01材料成形加工的地位1
011材料成形加工在机械
制造行业的地位1
012材料成形加工的社会地位2
02课程的性质、内容、目的2
021本课程的性质2
022本课程的主要内容2
023本课程的目的3
03学习课程的意义和方法3
031学习本课程的意义3
032学习本课程的方法3
练习题4
第1章金属材料的铸造成形5
11铸造的特点及应用5
111铸造的特点5
112铸造的应用5
113我国铸造技术的发展历史6
12铸造方法7
121砂型铸造7
122熔模铸造11
123金属型铸造12
124压力铸造13
125离心铸造14
126陶瓷型铸造15
127消失模铸造15
128常用铸造方法的比较与选用17
13铸造成形理论基础18
131合金的铸造性能18
132常见的铸造缺陷及其防止措施21
14铸造成形工艺设计25
141铸造方案的确定25
142铸造工艺参数的确定28
143型芯的设计31
144浇注系统及冒口的设计33
145铸造工艺图的绘制35
146铸造工艺设计实例36
15常用合金的铸造37
151铸铁的铸造37
152钢的铸造39
153铝合金的铸造40
154铜合金的铸造40
16铸件的结构工艺性41
161从简化铸造工艺考虑的铸件
结构设计41
162从提高铸件质量考虑的铸件
结构设计42
17铸造成形新技术45
171数字化快速铸造技术45
172无模铸造技术47
173半固态铸造技术48
练习题50
第2章金属材料的锻造成形54
21锻造的特点及应用54
211锻造的特点54
212锻造的应用54
213我国锻造技术的发展历史55
22锻造成形方法55
221自由锻56
222模锻59
223胎模锻61
224其他热塑性成形方法（热挤压、
热轧）简介63
225锻造类成形方法的比较与选用66
23锻造成形理论基础66
231热塑性变形对金属材料组织
及性能的影响67
232金属材料的锻造性能68
233锻造缺陷及其防止措施70
234锻造成形的基本规律71
24锻造成形工艺设计72
241自由锻工艺设计72
242自由锻工艺设计实例76
243模锻工艺设计77
244模锻工艺设计实例81
25常用合金的锻造82
251钢的锻造82
252铝合金的锻造84
26锻件的结构工艺性84
261自由锻件的结构工艺性84
262模锻件的结构工艺性86
27锻造成形新技术87
271液态模锻87
272超塑性锻造88
练习题89
第3章金属材料的冲压成形92
31冲压的特点及应用92
311冲压的特点92
312冲压的应用92
313我国冲压技术的发展历史93
32冲压方法及模具类型93
321冲压的工艺方法93
322其他冷塑性成形方法（旋压成形）
简介95
323冲压等板料冷塑性成形方法的
比较与选用97
324冲压模具类型97
33冲压成形理论基础98
331冷塑性变形对金属材料组织及
性能的影响98
332金属材料的冲压性能100
333冲压缺陷及其防止措施100
34冲压成形工艺设计103
341冲压工序的确定103
342冲裁工艺设计103
343拉深工艺设计106
344弯曲工艺设计108
345冲压工艺设计实例111
35常用合金的冲压111
351钢的冲压111
352铝合金的冲压113
353铜合金的冲压114
36冲压件的结构工艺性114
37冲压成形新技术116
371板料数字化柔性成形116
372板料液压拉深成形119
373板料超塑性成形120
练习题121
第4章金属材料的焊接成形124
41焊接的特点及应用124
411焊接的特点124
412焊接的应用124
413我国焊接技术的发展历史125
42焊接成形方法126
421焊条电弧焊127
422自动埋弧焊131
423气体保护焊134
424电渣焊136
425气焊137
426电阻焊137
427钎焊140
428常用焊接方法比较与选用141
43焊接成形理论基础142
431焊接冶金过程142
432焊接接头的组织及性能143
433金属材料的焊接缺陷及其
防止措施145
434金属材料的焊接性150
44焊接成形工艺设计151
441焊件材料、焊接方法及焊接材料
的选择151
442焊缝布置152
443焊接接头及坡口设计154
444焊接结构工艺图绘制155
445焊接参数的确定156
446焊接工艺设计实例157
45常用金属材料的焊接158
451钢的焊接158
452铸铁的焊接160
453铝合金的焊接160
46焊件的结构工艺性160
47焊接成形新技术162
471激光焊接162
472等离子弧焊接163
473电子束焊接164
474机器人焊接165
475扩散焊接167
476摩擦焊接169
477爆炸焊接170
练习题171
第5章金属材料的粉末冶金成形173
51粉末冶金的特点及应用173
511粉末冶金的特点173
512粉末冶金的应用173
513粉末冶金技术的发展历史174
52粉末冶金工艺方法175
521粉末冶金的主要工序175
522粉末冶金的工艺流程176
53粉末冶金理论基础176
531粉末的性能176
532粉末压制成形原理177
533粉末烧结原理178
54粉末冶金成形工艺179
541粉末制备工艺179
542粉末成形工艺184
543粉末烧结工艺187
55常用粉末冶金材料的成形189
551粉末冶金工具材料的成形189
552粉末冶金多孔材料的成形191
56粉末冶金制品的结构工艺性191
57粉末冶金成形新工艺193
571粉末激光烧结(3D打印)193
572粉末锻造194
练习题196
第6章非金属材料及复合材料
的成形197
61塑料的成形197
611塑料的特点及应用197
612塑料成形的工艺流程197
613塑料成形的基本理论198
614塑料成形的工艺方法199
615塑料件的结构工艺性203
62橡胶的成形205
621橡胶的特点及应用205
622橡胶成形的工艺流程205
623橡胶的成形方法206
624橡胶件的结构工艺性206
63陶瓷的成形208
631陶瓷的组成、性能及应用208
632陶瓷成形的工艺流程208
633陶瓷的成形方法208
634陶瓷件的结构工艺性211
64复合材料的成形213
641复合材料的特点及应用213
642复合材料的成形特点213
643复合材料的成形方法213
练习题218
第7章零件成形方法的选择220
71零件成形方法选择的原则220
711适用性原则220
712经济性原则220
713节能环保原则221
72零件成形方法选择的依据222
721零件材料的性能222
722零件的生产类型222
723零件的形状及尺寸精度223
724现有生产条件223
725采用新工艺、新技术和新材料224
73零件常用成形方法的比较225
74常用零件的材料和成形方法的选择225
741轴杆类零件226
742盘套类零件226
743机架、箱体类零件227
744薄壳类零件228
75零件成形方法选择实例229
751齿轮减速器主要零件的
成形方法229
752承压液压缸不同成形方法
的比较231
练习题231
第8章零件成形质量控制及检验233
81成形件技术要求233
811铸件技术要求233
812锻件技术要求233
813冲压件技术要求234
814焊接件技术要求234
815粉末冶金件技术要求234
82成形件质量检验方法234
821成形件表面质量检验234
822成形件内部质量检验236
823成形件金相组织检验237
824成形件化学成分检验237
825成形件力学性能检验238
826成形件尺寸检验238
83成形件质量检验及缺陷控制238
831铸件质量检验及缺陷控制238
832锻件质量检验及缺陷控制241
833冲压件质量检验及缺陷控制242
834焊接件质量检验及缺陷控制244
835粉末冶金件质量检验及
缺陷控制248
练习题251
参考文献252

随着制造业向先进制造、智能制造的发展，随着工科教育向创新型、应用型人才培养模式的转变，机械制造类专业创新教育的教材内容需要调整，包括精简传统理论知识，扩充新技术及工程实践技术、智能成形等方面的内容。本书是为适应新时代制造体系与模式的变革对人才培养的需要，根据机械类专业人才的培养目标和培养要求编写而成的。在培养学生机械制造基础理论知识的同时，加强培养其创新能力、实践能力及知识应用能力，提高工程教育质量。
本书共8章，第1～5章分别介绍金属材料的铸造成形、锻造成形、冲压成形、焊接成形和粉末冶金成形，并按照它们的成形特点及应用、成形法、成形理论、成形工艺、常用材料成形、成形件结构设计、成形新技术等方面介绍；第6章介绍非金属材料及复合材料的成形，简要介绍塑料、橡胶、陶瓷、复合材料的成形工艺；第7章介绍零件成形方法的选择，对各种典型机械零件成形方法的选用进行总结；第8章介绍零件成形质量控制及检验，对铸造、锻造、冲压、焊接和粉末冶金成形件的技术要求、质量检验方法，以及缺陷控制进行总结。
本书在参考相关教材的基础上，对教材内容进行了较大改进，力求突出以下特色：
(1)条理清晰对每种成形方法均按照成形特点及应用、成形方法、成形理论、成形工艺、常用材料成形结构设计和成形新技术进行论述，思路清晰，便于比较。
(2)重点突出主要讲述金属材料成形的基本理论、工艺设计及结构设计方面的内容，简介各种成形方法及新技术，内容简练、结构紧凑。
(3)内容新颖增加半固态铸造成形、液态模锻成形、超塑性成形、电子束焊接等新工艺，增加无模铸造、板料数字化冲压、激光烧结、3D打印成形等新技术，扩大学生的知识面，提高其创新思维能力。
(4)实践性强增加成形件工艺设计及结构设计方面的典型实例、实用数据表格、工艺图、成形方法的图片等，加强对学生解决实际问题能力的培养。
(5)题材生动增加各种对比性表格、流程图和实际照片等，所配套的课件中有各种成形方法的视频、动画等，内容生动，便于比较，强化记忆。
本书可作为高等院校机械制造、机械设计、机电一体化等机械类专业，模具制造、车辆工程、能源与动力、农业机械、过程装备、交通运输等近机械类专业高分子、电化学等材料加工相关本科专业的基础课程教材，也可作为普通高等专科学校、成人教育及有关工程技术人员的学习和参考用书。
本书由郑州轻工业大学高红霞任主编，负责全书的统稿，樊江磊任副主编。参加编写的有：高红霞（绪论、第1章、第21节）、樊江磊（第8章、第24节～第27节）、何文斌（第22节）、吴深（第3章、第44节、第45节）、王艳（第5章、第43节）、李莹（第6章、第47节）、周向葵（第7章、第41节、第42节、第46节）、刘丽娜（第23节）。此外，孙启迪参与了本书图表资料的整理及制作。
本书的编写参考了多所高校教师的宝贵意见，借鉴了一些高校课程教学改革的经验，参考了相关教材及技术资料，得到了高校及企业同行的大力支持，在此深表感谢！
由于编者水平所限，书中难免存在不当之处，恳请广大读者批评指正。

编者