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内容介绍

轻质材料和轻体结构是实现轻量化的两个主要途径，对于材料一定的结构，减重的主要方法是设计和制造出合理的轻体结构。《轻量化成形技术》以结构特征为主线介绍了结构轻量化成形技术的基本原理、工艺特点及应用领域，重点介绍了面向空心变截面、复杂空间曲面、薄壁高筋、整体化等轻量化结构的先进成形技术，给出了工艺参数确定、缺陷分析、工艺制定、设备选型、模具结构和典型零件成形工艺等基础理论和关键技术。 《轻量化成形技术》共分17章，分别为轻量化结构成形技术概论、异型截面构件内高压成形技术、曲面板材构件液压成形技术、钛合金板材超塑成形技术、变曲率中厚板半多点模成形技术、高强度钢板材及成形技术、镁合金板材温热冲压成形技术、薄壁管特种弯曲技术、复杂形状整体构件等温锻造技术、异型截面超大环型件制造技术、钛镍记忆合金管接头成形技术、组合式空心凸轮轴液力胀接技术、轻合金复杂构件半固态模锻技术、薄壁钛合金构件熔模精密铸造技术、铝合金薄壁件反重力铸造技术、高性能轻合金构件喷射成形技术、TiA1基合金构件塑性成形技术。 《轻量化成形技术》读者对象包括航空、航天、船舶、兵器、汽车和机械行业的工艺员、设计员和研究员，以及材料加工工程、材料成形与控制及机械工程学科专业的研究生和高年级本科生。

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精彩书摘

结构轻量化是汽车、飞机和火箭等运输工具节约燃料、减少污染物排放和提高机动性能的主要手段之一。 在汽车行业，轿车减重10％，油耗会降低6％～8％，废气排放减少50％～60％；对于卡车，减轻质量会提高载货量。近二十年来，国外乘用车平均每十年减重8％～9％，商用车减重10％～15％，未来十年里轿车还将减重20％。对于汽车而言，减轻质量也可以减少碰撞时的惯性力，从而有利于提高碰撞安全性。 在航空航天领域，对于航天飞机，每减重1kg经济效益就十分显著。战斗机为了提高机动性能和航程，结构质量系数从第三代飞机的32％～34％降低到第四代飞机的27％～28％，美国第四代机F-22结构质量系数为27.8％。减轻卫星结构质量，可以提高有效载荷，先进国家卫星的结构质量系数一般小于7％。对于洲际导弹，弹头结构质量减轻1kg，在有效载荷不变的条件下，射程增加15km左右，或相当于减少起飞质量50kg。 结构轻量化有两条基本途径：一是材料途径，采用铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料；二是结构途径，采用空心变截面、变厚度、空间曲面、薄壁高筋、整体等轻体结构。根据统计，在航空航天行业，对于一定的减重目标，采用轻质材料减重的贡献大约为2／3，结构减重的贡献大约为1／3。而在汽车行业，由于成本的原因，主要采用高强度钢及合理的轻体结构减重。本章分别简要介绍采用轻质材料和轻体结构减重的基本原理和方法。 1.2轻质材料的力学性能特点 表1-1为常用金属结构材料的力学性能。从密度角度看，镁合金是最轻的金属材料，其密度约为钢的1／5；铝合金的密度约为钢的1／3，仅次于镁合金；钛合金的密度约为钢的1／2。从强度角度看，钛合金最高；先进高强钢的强度达到了与钛合金相当的水平；铝合金的强度是钢的1／3；镁合金强度最低。实际上，在选择轻质材料减轻结构质量时，主要是考虑材料的比强度和比刚度。

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第1章轻量化结构成形技术概论 1.1 结构轻量化的途径 1.2 轻质材料的力学性能特点 1.3 轻量化结构的几何特征 1.3.1 空心变截面结构 1.3.2 空间曲面结构 1.3.3 变厚度／变材料结构 1.3.4 薄壁高筋结构 1.3.5 整体结构 1.3.6 轻体连接结构 1.3.7 轻质耐热结构 参考文献 第2章异型截面构件内高压成形技术 2.1 内高压成形技术的种类和特点 2.1.1 内高压成形技术种类 2.1.2 内高压成形技术特点 2.1.3 内高压成形技术应用范围 2.1.4 内高压成形技术现状 2.2 内高压成形主要工艺参数计算 2.2.1 初始屈服压力 2.2.2 开裂压力 2.2.3 整形压力 2.2.4 轴向进给力 2.2.5 合模力 2.3 内高压成形缺陷形式 2.3.1 变径管内高压成形缺陷形式 2.3.2 弯曲轴线管件内高压成形缺陷形式 2.3.3 三通管内高压成形缺陷形式 2.4 内高压成形极限 2.4.1 变径管极限膨胀率 2.4.2 矩形截面极限过渡圆角半径 2.4.3 多通管支管极限高度 2.4.4 低压成形小过渡圆角半径的方法 2.5 内高压成形壁厚分布规律 2.5.1 变径管壁厚分布规律及影响因素 2.5.2 弯曲轴线构件壁厚分布规律及影响因素 2.5.3 三通管内高压成形壁厚分布规律 2.6 内高压成形专用管材及润滑 2.6.1 适用的材料 2.6.2 内高压成形对管材的要求 2.6.3 管材种类和规格 2.6.4 管材力学性能测试 2.6.5 内高压成形的摩擦与润滑 2.7 内高压成形设备与模具 2.7.1 内高压成形机组成和功能 2.7.2 内高压成形机典型结构及其特点 2.7.3 通用高压成形系统 2.7.4 内高压成形模具与液压冲孔 2.8 典型零件内高压成形工艺 2.8.1 不锈钢双锥管件内高压成形 2.8.2 轿车底盘前梁内高压成形 2.8.3 铝合金异型截面管内高压成形 2.8.4 铝合金薄壁Y型三通管内高压成形 参考文献 第3章曲面板材构件液压成形技术 3.1 充液拉深成形技术原理与特点 3.1.1 充液拉深成形原理 3.1.2 充液拉深成形特点 3.1.3 充液拉深成形技术的现状 3.2 充液拉深主要工艺参数计算 3.2.1 充液室临界压力 3.2.2 拉深力 3.2.3 压边力 3.3 圆筒形件充液拉深技术 3.3.1 缺陷形式和拉深比 3.3.2 壁厚分布和成形精度 3.3.3 筒形件充液拉深成形工艺 3.4 盒形件充液拉深技术 3.4.1 缺陷形式和拉深比 3.4.2 壁厚分布和成形精度 3.4.3 方锥盒形件充液拉深成形工艺 3.5 可控径向加压充液拉深技术 3.5.1 可控径向加压充液拉深成形原理 3.5.2 可控径向加压充液拉深成形应力分界圆 3.6 板材液体凸模拉深成形技术 3.6.1 液体凸模拉深成形技术原理和特点 3.6.2 液体凸模拉深主要工艺参数 3.7 充液拉深设备和模具 3.7.1 充液拉深成形设备结构和组成 3.7.2 充液拉深成形设备主要参数 3.7.3 模具结构和材料 参考文献 第4章钛合金板材超塑成形技术 4.1 钛合金超塑成形技术原理与特点 4.1.1 钛合金的发展与应用 4.1.2 超塑成形工艺原理和分类 4.1.3 TC4钛合金超塑成形技术的发展 4.2 超塑成形的精确性与控制 4.2.1 超塑成形中的壁厚不均匀性及其控制 4.2.2 超塑成形的尺寸精度 4.3 超塑成形／扩散连接组合技术 4.4 超塑成形中的摩擦和润滑 4.4.1 超塑成形中的摩擦特点 4.4.2 圆环压缩法及其应用 4.4.3 超塑成形中摩擦的控制 参考文献 第5章变曲率板材半多点模成形技术 5.1 半多点模成形原理与特点 5.1.1 半多点模成形原理 5.1.2 半多点模成形优点 5.2 曲面离散的多点冲头高度和数量的确定 5.2.1 冲头高度确定方法 5.2.2 冲头数量确定原则 5.3 半多点模成形过程影响因素 5.3.1 护板厚度的影响 5.3.2 工件材料和厚度的影响 5.3.3 弹性垫板的影响 5.3.4 弹性上模形状的影响 5.3.5 多点下模形状的影响 5.4 复杂双曲率曲面零件半多点模成形 5.4.1 椭球面零件 5.4.2 马鞍面零件 5.4.3 球面零件 5.5 半多点模成形技术的应用 参考文献 第6章高强度钢板材及成形技术 6.1 高强度钢的特点及分类 6.1.1 高强度钢的分类 6.1.2 普通高强度钢的种类 6.1.3 先进高强度钢的种类 6.2 高强度钢的力学性能 6.2.1 高强度钢的力学特点 6.2.2 高强度钢的应力应变曲线 6.2.3 高强度钢的成形极限图 6.3 高强度钢板材冷成形工艺 6.3.1 高强度钢的成形特点 6.3.2 高强度钢的成形性能 第7章镁合金材温热冲压夺形技术 第8章薄壁管特种弯曲技术 第9章复杂形状整体构件等温锻造技术 第10章异型截面超大环形件制造技术 第11章钛镍记忆合金管接头成形技术 第12章组合式空心凸轮轴液力胀接技术 第13章轻合金复杂构件半固太模锻技术 第14章薄壁钛合金构件熔模精密铸造技术 第15章铝合金薄壁件反重力铸造技术 第16章高性能轻合金构件喷射成形技术 第17章 TiA1基合金构件塑性成形技术

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