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车圆锥、成形面和表面修饰（模块10），ISBN：9787887094414，作者：广东省肇庆市高级技工学校 主编
机械制造工艺基础：材料、成形与表面工程 本书聚焦于现代机械制造领域的核心环节，深入探讨材料选择、成形工艺、表面改性技术及其在精密制造中的应用。本书旨在为工程技术人员、设计工程师以及相关专业学生提供一套系统、前沿且实用的技术参考框架。 --- 第一部分：工程材料的科学基础与选择 本部分详尽阐述了支撑现代制造业的各类工程材料的微观结构、宏观性能及其在特定制造条件下的行为模式。重点在于建立材料科学与实际工艺之间的桥梁。 第一章：金属材料的结构与性能 本章首先回顾了金属材料的基本晶体结构（体心立方、面心立方、六方最密堆积），并深入分析了缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）如何影响材料的力学性能，如屈服强度、硬度、韧性与疲劳极限。 铁碳合金系统深度解析： 详细讨论了铸铁、钢材（低碳钢、中碳钢、高碳钢）的相图演变，特别是奥氏体、铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体的形成条件与组织特点。着重分析了热处理工艺（退火、正火、淬火、回火）对最终材料性能的精确调控机制。 有色金属合金： 探讨了铝合金（如2xxx、6xxx、7xxx系）在航空航天和汽车工业中的应用，重点关注固溶处理和人工时效对强化机制的贡献。同时，对铜合金（黄铜、青铜）的加工性能和耐蚀性进行了比较分析。 材料性能测试与评估： 系统介绍了静态与动态力学性能测试方法，包括拉伸试验、冲击试验（夏比V型缺口）、硬度测试（洛氏、维氏、布氏）的标准操作规程与结果解读。疲劳寿命评估（S-N曲线）和蠕变行为分析被纳入重点讨论范畴。 第二章：先进工程材料的拓宽视野 本章将视角扩展到传统金属材料之外的新兴材料体系，这些材料在极端工况下展现出优越的性能。 高分子材料与复合材料： 阐述了热塑性塑料和热固性树脂的分子结构特征，及其在注塑、挤出等成形过程中的流变学特性。对于纤维增强复合材料（如碳纤维增强环氧树脂），重点分析了界面结合的质量对整体力学性能的影响，以及铺层设计原则。 陶瓷材料的挑战与机遇： 讨论了氧化物（氧化铝、氧化锆）和非氧化物陶瓷（碳化硅、氮化硅）的制备方法（如粉末冶金、反应烧结），及其在高耐磨、耐高温领域的应用潜力。陶瓷材料的脆性分析和断裂韧性提升策略是本章的关键内容。 材料的服役环境适应性： 详细分析了材料在化学腐蚀、高温氧化、应力腐蚀开裂（SCC）和氢脆等复杂环境下的失效模式，并提出了选择抗腐蚀合金和应用保护涂层的设计思路。 --- 第二部分：现代材料成形工艺原理与控制 本部分聚焦于如何将原材料转化为具有特定几何形状和尺寸精度的零部件，强调工艺参数的优化与控制，以确保成形质量和效率。 第三章：金属的塑性变形与切削加工基础 塑性变形是金属加工的基石。本章从微观位错运动的角度解释宏观流动现象。 塑性变形理论： 引入屈服准则（如冯·米塞斯准则）和流动应力模型，用于预测材料在复杂应力状态下的变形行为。探讨了加工硬化、各向异性和回弹现象的机理。 增塑成形工艺（Bulk Deformation）： 深入研究锻压、轧制和挤压工艺。对于模锻，分析了充填过程中的金属流线控制与模具设计原则；对于轧制，讨论了轧制力、力矩的计算及孔型设计对带材厚度均匀性的影响。 切削加工原理： 剖析了车削、铣削、钻削等基本加工过程中的切削力、切削热和刀具磨损机理。重点介绍刀具材料（高速钢、硬质合金、陶瓷刀具）的选择依据和涂层技术对提高刀具寿命和表面质量的作用。 第四章：特种加工技术与精密成形 本章涵盖了传统机械加工难以实现或效率低下的先进制造技术。 特种加工方法（非传统加工）： 详述了电火花加工（EDM）、激光加工（切割、熔覆）和超声波加工的物理机理。例如，在EDM中，分析了脉冲参数（电流、时间、电压）对电极损耗和工件表面粗糙度的关系。激光加工部分，侧重于热影响区（HAZ）的控制以减少材料性能的退化。 增材制造（Additive Manufacturing, AM）的工艺链： 尽管本书侧重传统工艺，但对选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等金属AM技术的工艺流程、粉末特性、成形缺陷（如未熔合、残余应力）的产生与消除进行了介绍，将其视为未来精密制造的重要补充。 精密塑性成形： 研究了冷挤压、深拉伸和旋压等工艺，重点在于如何通过多工步优化设计，实现高精度、近净形零件的制备，减少后续的切削余量。 --- 第三部分：表面工程：性能的赋予与防护 本部分集中于如何通过改性和涂覆技术，显著提升零部件表面的特定功能，如耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳性和摩擦学特性。 第五章：材料表面改性技术 本章关注改变材料表层组织和成分的固态或扩散过程。 热处理表面强化： 深入分析渗碳、渗氮、碳氮共渗等热化学处理过程的扩散动力学。讨论了感应淬火和激光淬火等局部热处理技术，如何精确控制淬火层深度和硬度梯度，以提高零件的抗接触疲劳能力。 表面冷加工强化： 介绍滚压、喷丸强化等通过塑性变形在表层引入残余压应力的技术。详细阐述了喷丸过程的射流参数（弹丸速度、冲击角度）对残余应力分布和疲劳寿命提升的量化关系。 表面冶金与扩散涂层： 研究了爆炸焊、扩散连接等技术在实现异种材料界面结合中的应用。对于热扩散涂层，如铬化、铝化，分析了元素在基体中的扩散路径和形成稳定化合物层的条件。 第六章：先进涂层技术与摩擦学 本章聚焦于功能性薄膜的沉积及其在实际服役中的表现。 真空沉积技术： 详细介绍物理气相沉积（PVD，如溅射、蒸发）和化学气相沉积（CVD）的工艺原理。重点分析了类金刚石（DLC）涂层、氮化物（TiN, CrN）涂层在提高硬度、降低摩擦系数方面的应用优势。讨论了基底材料对薄膜附着力的影响以及薄膜的内应力控制。 热喷涂技术： 覆盖等离子喷涂、线材电弧喷涂和高能HVOF喷涂技术。分析了不同喷涂方法对涂层微观结构（致密性、孔隙率）和粘结强度的影响，以及用于修复和耐磨损应用（如燃气轮机叶片、辊类部件）的材料体系。 摩擦学与润滑： 探讨摩擦、磨损和润滑的相互关系。分析了干摩擦、边界润滑和流体润滑状态下的接触机理。介绍了固体润滑剂（如MoS2、石墨）和特种润滑油/脂在极端工况下的应用选择和性能评估。 --- 第四部分：质量控制、集成与数字化制造 本部分将前述的材料、成形与表面工程知识整合进现代制造系统的框架内，强调测量、评估与系统优化。 第七章：制造过程中的误差与测量 本章强调从设计到最终产品的可追溯性和精度保证。 公差与配合理论： 系统回顾了形位公差（GD&T）标准的解读和应用，特别是针对复杂曲面和自由曲面的评定方法。 精密测量技术： 介绍接触式测量（三坐标测量机 CMM）和非接触式测量（激光扫描、光学测量）的原理、精度等级及在不同阶段的应用。重点讨论了如何处理测量数据，以准确反映零件的实际几何状态。 表面质量评估： 详细阐述了轮廓法、面积法在测量表面粗糙度（Ra, Rz, Rq）上的区别，以及如何将表面形貌参数与零件的特定功能（如密封性、疲劳寿命）联系起来。 第八章：制造系统的集成与优化 本章展望了数字化、网络化对传统制造的变革。 工艺优化与仿真： 介绍利用有限元方法（FEM）对复杂成形、切削过程进行预测性仿真的方法，包括对残余应力、变形和温度场的模拟，以实现无缺陷设计。 制造系统集成： 讨论了计算机辅助制造（CAM）在生成高效、精确的数控程序中的作用，以及如何将工艺规划与设备资源有效整合，实现柔性制造系统（FMS）的配置。 本书通过对材料、成形与表面工程的全面、深入和系统的论述，旨在为读者构建一个坚实的工程知识体系，以应对高精度、高性能零部件制造所面临的复杂挑战。
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