工程材料及其成形技术基础学习指导与习题详解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:185

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出版时间:2009-3

价格:20.00元

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isbn号码:9787301149720

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• 22
• 工程材料
• 材料科学
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《现代工业设计材料与加工工艺》 内容概述 本书旨在为有志于在工业设计领域深耕的读者提供一套系统、深入的学习材料。它不仅涵盖了现代工业设计中至关重要的材料科学基础，更侧重于将这些材料的特性与现代化的加工工艺紧密结合，从而指导读者如何根据设计需求选择最合适的材料并运用高效、创新的加工技术实现设计理念。本书力求在理论深度与实践应用之间取得平衡，帮助读者构建起扎实的专业知识体系，培养敏锐的材料选择和工艺判断能力，为未来在工业设计领域的创新实践奠定坚实基础。 核心内容板块 第一部分：现代工业设计材料基础 本部分将深入剖析当前工业设计领域主流的材料类别，并从设计师的角度出发，重点关注材料的宏观性能、微观结构与设计表现力之间的内在联系。 高分子材料（聚合物）： 热塑性塑料： 详述聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET）、尼龙（PA）、ABS等常见热塑性塑料的结构特点、力学性能（如拉伸强度、弯曲模量、冲击韧性）、热性能（如熔点、热变形温度）、光学性能（如透明度、折射率）以及化学稳定性。重点分析不同牌号的塑料在加工性能（如流动性、收缩率）和表面处理（如着色、喷涂、电镀）方面的差异，以及它们在消费电子、家用电器、汽车内饰、包装等领域的应用优势和局限性。 热固性塑料： 介绍酚醛树脂（PF）、脲醛树脂（UF）、三聚氰胺甲醛树脂（MF）、环氧树脂（EP）、聚氨酯（PU）等热固性塑料的固化机理、优异的机械强度、耐热性、绝缘性和耐化学腐蚀性。探讨它们在电器外壳、厨具、建筑材料、粘合剂等领域的应用。 弹性体（橡胶）： 讲解天然橡胶和合成橡胶（如丁苯橡胶SBR、顺丁橡胶BR、丁腈橡胶NBR、氯丁橡胶CR、硅橡胶SR、氟橡胶FKM）的分子结构与弹性关系，重点关注它们的拉伸回弹性、耐磨性、耐油性、耐候性和阻尼性能。分析其在密封件、减震器、轮胎、鞋材等产品中的设计考量。 复合材料： 概述纤维增强塑料（FRP）的基本原理，重点介绍玻璃纤维增强塑料（GFRP）和碳纤维增强塑料（CFRP）的结构特点、高比强度、高比刚度和轻质化优势。讲解纤维类型、基体树脂对复合材料性能的影响，以及它们在航空航天、汽车轻量化、体育器材等高端设计中的应用潜力。 金属材料： 黑色金属： 钢铁材料： 详细介绍低碳钢、中碳钢、高碳钢的性能差异，以及合金钢（如不锈钢、工具钢、轴承钢）的成分、显微组织与力学性能（强度、硬度、韧性、耐腐蚀性）的关系。深入分析不同热处理工艺（退火、正火、淬火、回火）对钢材性能的影响，以及其在结构件、工具、装饰件等设计中的选择依据。 铸铁： 介绍灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和白口铸铁的组织与性能特点，重点关注其铸造性能、减震性能和耐磨性，以及在机械底座、发动机缸体、管材等领域的应用。 有色金属： 铝及铝合金： 讲解纯铝的延展性和导电导热性，以及常见的铝合金（如硬铝、超硬铝、锻铝）在添加不同合金元素（铜、镁、锌、硅）后获得的强度、耐蚀性和加工性能的提升。分析铝合金在航空器、汽车、电子产品外壳、日用品等领域的广泛应用，以及表面处理（如阳极氧化、喷涂）对美学和保护性的作用。 铜及铜合金： 介绍纯铜的导电导热性能，以及黄铜（铜锌合金）、青铜（铜锡合金）、白铜（铜镍合金）等合金的优异机械性能、耐腐蚀性和装饰性。分析其在电气元件、管道、乐器、工艺品等领域的应用。 镁及镁合金： 突出镁合金的超轻特性、良好的比强度和易加工性，分析其在便携式电子设备、汽车零部件（如转向柱、座椅框架）等对减重要求极高的产品中的应用前景。 钛及钛合金： 讲解钛合金的卓越比强度、优异的耐腐蚀性和良好的生物相容性，分析其在航空航天、医疗器械、高端消费品等领域的应用。 贵金属与稀有金属： 简述金、银、铂等贵金属的装饰性、化学稳定性和导电性，以及在珠宝、电子触点等领域的应用。简要介绍其他稀有金属（如镍、钴、钨、钼）的特性和特定工业应用。 陶瓷材料： 氧化物陶瓷： 重点介绍氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）、氧化硅（SiO2）等氧化物陶瓷的优异硬度、耐磨性、耐高温性和绝缘性，分析其在刀具、轴承、电子绝缘件、耐火材料等领域的应用。 非氧化物陶瓷： 介绍碳化硅（SiC）、氮化硅（Si3N4）、氮化硼（BN）等非氧化物陶瓷的极端硬度、高强度和耐高温、耐化学腐蚀性能，分析其在耐磨部件、高温结构件、半导体工业中的应用。 玻璃陶瓷： 讲解玻璃陶瓷的独特性能，结合了玻璃的可加工性和陶瓷的耐高温、高强度特性，分析其在炉灶面板、炊具、天文望远镜镜坯等领域的应用。 天然材料与生物基材料： 木材与竹材： 详细分析不同木材（硬木、软木）和竹材的纹理、力学性能、加工特性和环境友好性，探讨其在家具、建筑、室内装饰和日用品设计中的可持续应用。 皮革与纺织品： 讲解天然皮革的质感、耐久性和可塑性，以及不同动物皮革和加工工艺（植鞣、铬鞣）对性能的影响。介绍天然纤维（棉、麻、丝、毛）和合成纤维（涤纶、锦纶、氨纶）的性能差异、应用领域和设计上的表现力。 生物基材料与可降解塑料： 介绍聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）、淀粉基塑料等生物基材料的来源、可降解性、力学性能和加工方式。分析其在一次性餐具、包装、医疗器械等领域的绿色设计应用。 第二部分：现代工业设计加工工艺 本部分将深入探讨实现材料成形与产品制造的各种现代加工技术，重点强调工艺选择对产品性能、外观、成本和可持续性的影响。 切削加工： 车削、铣削、钻削、镗削： 讲解这些基本机加工方法的原理、适用范围、工件形状和精度控制。分析不同刀具材料（高速钢、硬质合金、陶瓷）和切削参数（切削速度、进给量、切深）对加工效率和表面质量的影响。 磨削与抛光： 介绍砂轮磨削、珩磨、研磨等精密加工方法，以及机械抛光、化学抛光、电解抛光等表面处理技术，重点关注其在获得高精度表面和镜面效果中的作用。 电火花加工（EDM）与激光切割： 讲解电火花加工在加工硬质材料和复杂形状方面的优势，以及激光切割在材料切割（金属、塑料、木材）中的高精度、高效率和非接触性特点。 成形加工： 压力加工（塑性成形）： 锻造： 介绍模锻、自由锻的工艺流程、设备要求以及其对金属材料晶粒细化、性能提升的作用，重点分析其在制造高强度零件（如汽车曲轴、工具）中的应用。 冲压（薄板成形）： 详细讲解落料、冲孔、弯曲、拉伸、翻边等冲压工序，分析模具设计、材料厚度、回弹等因素对成形效果的影响，及其在汽车车身、电器外壳、家电配件等领域的大批量生产中的重要性。 挤压： 介绍正挤压、反挤压、径向挤压的原理，分析其在制造型材、管材、齿轮等零件中的优势。 轧制： 讲解板材、型材、管材的轧制工艺，分析轧辊设计和工艺参数对产品尺寸精度和表面质量的影响。 铸造： 砂型铸造： 介绍其工艺流程、设备和广泛的应用领域，分析其在大型铸件、复杂形状铸件生产中的经济性。 金属型铸造（压铸、金属型浇注）： 讲解压铸的高效率、高精度和优异的表面质量，以及金属型浇注在有色合金铸件生产中的优势，分析其在汽车零部件、电子产品外壳等领域的大批量生产中的应用。 熔模铸造（失蜡法）： 介绍其高精度、复杂形腔和精美外观的特点，分析其在精密零件、艺术品、航空发动机叶片等领域的应用。 注塑成形（塑料）： 深入解析注塑机的结构、注射过程、模具设计（流道、浇口、排气）、参数控制（温度、压力、时间）以及后处理。重点分析不同塑料的加工窗口、收缩率、内应力对产品质量的影响，以及其在制造各种塑料制品中的关键作用。 吹塑成形（塑料）： 讲解挤出吹塑和注射吹塑工艺，分析其在制造中空容器（如塑料瓶、桶）中的应用。 吸塑成形（热成型）： 介绍将加热的塑料片材通过真空或压力吸附到模具上的工艺，分析其在包装、展示托盘、汽车内饰件等领域的应用。 3D打印（增材制造）： 详细介绍FDM（熔融沉积）、SLA（光固化）、SLS（选择性激光烧结）等主流3D打印技术的工作原理、材料适用性（塑料、金属、陶瓷）、精度、强度和表面质量。重点分析其在原型制作、小批量定制、复杂结构件制造以及材料研发中的革新性应用。 连接与装配工艺： 机械连接： 螺纹连接、铆接、销连接等的原理、适用性及设计考量。 焊接： 介绍电弧焊（TIG、MIG/MAG）、电阻焊（点焊、缝焊）、激光焊、摩擦搅拌焊等工艺，分析其在金属材料连接中的强度、密封性和外观要求。 粘接： 介绍不同类型胶粘剂（环氧、聚氨酯、丙烯酸）的特性、粘接机理及应用，分析其在塑料、复合材料、异种材料连接中的优势。 装配自动化： 简述装配机器人、自动化生产线在提高生产效率和一致性方面的作用。 表面处理与精饰工艺： 机械表面处理： 喷砂、打磨、抛光等。 化学表面处理： 酸洗、钝化、磷化、阳极氧化（铝、钛）、电镀（铬、镍、锌）等，分析其对耐腐蚀性、耐磨性、装饰性及功能性的提升。 涂装： 液态涂装（喷漆、刷涂）、粉末涂装、电泳涂装等，重点关注涂层的附着力、硬度、耐候性、色彩表现力和环保性。 热处理（表面）： 渗碳、渗氮、感应淬火等，分析其在提高材料表面硬度和耐磨性中的作用。 第三部分：材料选择与工艺集成在设计中的应用 本部分将理论与实践相结合，通过案例分析和设计流程梳理，帮助读者将所学知识融会贯通，应用于实际的工业设计项目。 设计驱动的材料选择： 需求分析： 从产品功能、性能要求（强度、硬度、韧性、耐温、耐腐蚀等）、成本预算、环保法规、美学风格、用户体验等维度出发，建立一套系统性的材料选择框架。 材料数据库与评估工具： 介绍如何利用现有的材料性能数据库、LCA（生命周期评估）工具，以及针对特定应用场景的材料选择软件，辅助决策。 新材料的探索与应用： 关注智能材料、仿生材料、纳米材料等前沿材料的最新发展，以及它们在未来工业设计中的潜在应用。 工艺可行性评估与优化： 工艺流程设计： 根据材料特性和产品结构，规划最优的加工和装配流程。 模具与工装设计基础： 讲解模具在注塑、冲压、铸造等工艺中的关键作用，以及其设计对产品质量和成本的影响。 制造公差与表面粗糙度控制： 理解不同加工工艺的固有精度限制，并如何在设计中进行合理规划，以满足功能和美学要求。 成本工程： 分析不同材料和加工工艺的成本构成，以及如何在保证设计质量的前提下实现成本优化。 可持续设计与绿色制造： 循环经济理念： 探讨如何选择易于回收、可再生或生物降解的材料，并优化产品结构以利于拆卸和回收。 节能减排工艺： 介绍低能耗、低污染的加工技术，以及材料的来源和生产过程中的环境影响。 产品全生命周期考量： 将材料选择和工艺设计贯穿于产品的研发、生产、使用、报废的整个生命周期。 案例研究与实践指南： 精选多个跨行业的工业设计案例，详细剖析其在材料选择、工艺创新、可持续性方面的成功之处和挑战。涵盖消费电子、汽车、家居用品、医疗器械等领域。 提供设计流程中的实用技巧和注意事项，帮助读者规避常见的材料与工艺应用误区。 本书特点 结构清晰，逻辑严谨： 以材料为主线，工艺为支撑，层层深入，便于读者构建完整的知识体系。 理论与实践并重： 深入阐述材料与工艺的科学原理，同时注重与实际设计应用的结合，提供可操作的指导。 图文并茂，案例丰富： 采用大量精美的图片、图表和实际案例，直观地展示材料特性和工艺过程。 前沿性与实用性兼具： 关注行业最新发展动态，并聚焦设计师在实际工作中面临的核心问题。 培养创新思维： 鼓励读者跳出固有思维模式，探索新材料、新工艺在产品创新中的可能性。 适用读者 高等院校工业设计、产品设计、艺术设计、材料科学与工程等相关专业的本科生及研究生。 从事工业设计、产品开发、模具设计、工艺工程师等工作的专业人士。 对现代工业材料与制造工艺感兴趣的跨学科学习者和爱好者。 通过学习本书，读者将能够深刻理解材料与工艺之间的辩证关系，掌握在复杂的设计任务中做出明智选择的能力，从而设计出兼具功能性、美观性、经济性和可持续性的优秀产品。

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这本书在知识体系的完整性和面向未来的前瞻性方面，做得尤为出色，让我看到了它作为一本长期参考资料的潜力。它不仅系统梳理了传统金属材料和高分子材料的经典理论，更将目光投向了新兴材料领域，比如智能材料和增材制造（3D打印）中涉及的材料特性和工艺窗口。这种对最新技术趋势的收录和分析，极大地提升了这本书的时效性和价值。它没有固步自封于已有的知识框架，而是积极地将前沿的研究成果融入到基础学习体系中，让读者在学习基础的同时，也能对行业的发展方向有所预判。此外，书中的概念关联性非常强，不同章节的内容不是孤立存在的，而是通过材料的“设计-制备-性能-应用”这条完整的价值链紧密串联起来。当你学到一种新材料时，你会自然而然地联想到它适合哪种成形工艺，以及最终会展现出怎样的力学性能，这种整体化的认知构建，对于培养一个全面的材料工程师至关重要。

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从使用体验的角度来看，这本书的实用价值远超我的预期，它不仅仅是一本理论参考书，更像是一个全能型的学习伙伴。我尤其看重它在提供深度解析的同时，并没有放弃对广度的覆盖。例如，在讨论先进复合材料时，它没有仅仅停留在碳纤维和玻璃纤维的表面，而是延伸到了陶瓷基复合材料的制备挑战和性能优势，这对我拓宽视野非常有帮助。更值得一提的是，书本中穿插的“案例分析”部分，简直是神来之笔。这些案例选取得非常巧妙，往往是工程领域中经典失败案例或重大突破的实例，作者会带领我们回溯到材料选择或加工工艺的环节，剖析问题的根源。这种深度挖掘的分析，让我深刻体会到材料性能与最终产品可靠性之间的直接联系，也让我明白，理论知识必须与工程实践紧密结合才能产生真正的价值。对于任何想从理论走向实践的工程师或学生来说，这些宝贵的实战经验的提炼，是任何纯理论书籍都无法替代的。

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这本书的装帧设计和排版布局给我留下了非常深刻的印象，拿到手时，那种沉甸甸的质感和清晰的字体就让人眼前一亮。它采用了大量的图文并茂的方式来阐述复杂的概念，尤其是在材料微观结构和晶体学部分，那些彩色的示意图和对比图简直是教科书级别的清晰度，看得我如痴如醉。我特别欣赏作者在内容组织上的匠心独运，它不是那种干巴巴的理论堆砌，而是巧妙地将基础知识与实际应用场景紧密结合起来。比如，在介绍不同合金的相变过程时，作者不仅给出了热力学曲线，还配上了实际显微照片作为佐证，这对于理解“为什么会这样”比单纯记忆公式有效得多。此外，书中的专业术语解释得非常到位，对于初学者来说，那些复杂的专业名词不再是难以逾越的障碍，每一个概念都有一个清晰的脚注或延伸阅读的提示，让人在深入学习的过程中可以随时回溯查阅，极大地提升了阅读的流畅性和学习的效率。整体而言，这本教材在视觉传达和知识的组织呈现上，达到了一个非常高的水准，让人爱不释手，完全不会有阅读枯燥技术书籍的疲惫感。

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这本书的语言风格非常独特，它既有学术著作的严谨性，又散发着一种近乎前辈教诲般的亲切感，使得阅读过程充满了探索的乐趣。作者在行文遣词上非常注重准确性和可读性之间的平衡，没有为了追求“高深”而使用晦涩的行话，反而是用一种非常清晰、有条理的叙述方式，将复杂的物理和化学过程描绘得生动形象。我注意到，在解释一些关键的实验方法时，作者的描述充满了细节，比如如何精确控制热处理的升温速率，或者如何校准拉伸试验机的应力传感器，这些“动手细节”往往是其他教材会一带而过的部分。这种对操作细节的关注，体现了作者深厚的工程实践背景，也让这本书充满了“干货”。读起来，你不会觉得是在被动地灌输知识，而更像是坐在一位经验丰富的老工程师旁边，听他娓娓道来这些材料和工艺背后的“门道”，那种感觉让人深受启发，仿佛自己也能掌握解决实际问题的“秘籍”。

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这本书的逻辑构建简直是工程学习的典范，它仿佛为我绘制了一张清晰的知识地图，让我能准确地把握学习的重点和难点分布。最让我称赞的是它循序渐进的难度递增策略，初期的章节像是在为我们打地基，非常扎实，从最基本的原子结构和结合能讲起，稳扎稳打，不留一丝含糊的空间。然后，随着章节的深入，它开始引入更复杂的概念，比如塑性变形的机制和断裂韧性的评估方法，但即便是这些高阶内容，作者也总是先用一个贴近生活的例子来抛砖引玉，引发读者的好奇心，再进行严谨的数学推导和理论阐述。我发觉，这种“先感性认识，后理性分析”的编排方式，极大地减轻了我对理论学习的畏惧感。特别是对那些涉及复杂计算的部分，作者提供的步骤分解非常细致，每一步的物理意义都解释得明明白白，让我感觉自己不是在被动接受知识，而是在积极地参与到解决问题的过程中。这本书的结构设计，真正体现了“授人以渔”的教育理念，它训练的不仅仅是知识的储备，更是系统性的工程思维。

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