輕質(zhì)材料和輕體結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)輕量化的兩個主要途徑，對于材料一定的結(jié)構(gòu)，減重的主要方法是設(shè)計和制造出合理的輕體結(jié)構(gòu)�！遁p量化成形技術(shù)》以結(jié)構(gòu)特征為主線介紹了結(jié)構(gòu)輕量化成形技術(shù)的基本原理、工藝特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，重點(diǎn)介紹了面向空心變截面、復(fù)雜空間曲面、薄壁高筋、整體化等輕量化結(jié)構(gòu)的先進(jìn)成形技術(shù)，給出了工藝參數(shù)確定、缺陷分析、工藝制定、設(shè)備選型、模具結(jié)構(gòu)和典型零件成形工藝等基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)。
《輕量化成形技術(shù)》共分17章，分別為輕量化結(jié)構(gòu)成形技術(shù)概論、異型截面構(gòu)件內(nèi)高壓成形技術(shù)、曲面板材構(gòu)件液壓成形技術(shù)、鈦合金板材超塑成形技術(shù)、變曲率中厚板半多點(diǎn)模成形技術(shù)、高強(qiáng)度鋼板材及成形技術(shù)、鎂合金板材溫?zé)釠_壓成形技術(shù)、薄壁管特種彎曲技術(shù)、復(fù)雜形狀整體構(gòu)件等溫鍛造技術(shù)、異型截面超大環(huán)型件制造技術(shù)、鈦鎳記憶合金管接頭成形技術(shù)、組合式空心凸輪軸液力脹接技術(shù)、輕合金復(fù)雜構(gòu)件半固態(tài)模鍛技術(shù)、薄壁鈦合金構(gòu)件熔模精密鑄造技術(shù)、鋁合金薄壁件反重力鑄造技術(shù)、高性能輕合金構(gòu)件噴射成形技術(shù)、TiA1基合金構(gòu)件塑性成形技術(shù)。
《輕量化成形技術(shù)》讀者對象包括航空、航天、船舶、兵器、汽車和機(jī)械行業(yè)的工藝員、設(shè)計員和研究員，以及材料加工工程、材料成形與控制及機(jī)械工程學(xué)科專業(yè)的研究生和高年級本科生。
由哈爾濱工業(yè)大學(xué)苑世劍教授主編的《輕量化成形技術(shù)》一書，集中介紹了該校材料加工工程國家重點(diǎn)學(xué)科和金屬精密熱加工國家級重點(diǎn)實(shí)驗室一批中青年學(xué)者近年來的最新科研成果。該書具有以下特點(diǎn)：（1）以結(jié)構(gòu)幾何特征為主線，兼顧輕質(zhì)材料特點(diǎn)，介紹了面向輕量化結(jié)構(gòu)發(fā)展起來的新成形制造技術(shù)，例如：空心變截面結(jié)構(gòu)內(nèi)高壓成形技術(shù)、超薄管充液彎曲技術(shù)、高次函數(shù)復(fù)雜曲面液壓成形技術(shù)和變曲率板材半多點(diǎn)模成形技術(shù)等；（2）以輕量化成形的概念，賦予了傳統(tǒng)精密成形或近凈成形技術(shù)新的內(nèi)涵和發(fā)展方向。例如，鈦合金薄壁高筋結(jié)構(gòu)的等溫鍛造技術(shù)、大型整體結(jié)構(gòu)局部加載鍛造技術(shù)、輕體結(jié)構(gòu)成形連接技術(shù)和薄壁復(fù)雜艙體精密鑄造技術(shù)等；（3）該書作者長期在一線從事科學(xué)研究工作，有豐富的積淀和實(shí)踐體會，將科學(xué)研究獲得的實(shí)驗數(shù)據(jù)和新鮮的認(rèn)識進(jìn)行總結(jié)、提煉，撰寫成書，使該書具有原創(chuàng)性和新穎性的特點(diǎn)；（4）該書理論與實(shí)踐結(jié)合緊密，實(shí)用性強(qiáng)，是設(shè)計人員、工藝人員和研究人員的一本良好參考書，也可作為材料加工工程學(xué)科專業(yè)的研究生和高年級本科生的專業(yè)教材或參考書。
當(dāng)前，低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排已經(jīng)成為基本國策。該書的出版將推動輕量化成形技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)汽車、飛機(jī)等運(yùn)輸工具的節(jié)能減排，為國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)做出貢獻(xiàn)。有鑒于此，應(yīng)苑世劍教授之邀，欣然命筆作序。
第1章 輕量化結(jié)構(gòu)成形技術(shù)概論
1.1 結(jié)構(gòu)輕量化的途徑
1.2 輕質(zhì)材料的力學(xué)性能特點(diǎn)
1.3 輕量化結(jié)構(gòu)的幾何特征
1.3.1 空心變截面結(jié)構(gòu)
1.3.2 空間曲面結(jié)構(gòu)
1.3.3 變厚度／變材料結(jié)構(gòu)
1.3.4 薄壁高筋結(jié)構(gòu)
1.3.5 整體結(jié)構(gòu)
1.3.6 輕體連接結(jié)構(gòu)
1.3.7 輕質(zhì)耐熱結(jié)構(gòu)
參考文獻(xiàn)
第2章 異型截面構(gòu)件內(nèi)高壓成形技術(shù)
2.1 內(nèi)高壓成形技術(shù)的種類和特點(diǎn)
2.1.1 內(nèi)高壓成形技術(shù)種類
2.1.2 內(nèi)高壓成形技術(shù)特點(diǎn)
2.1.3 內(nèi)高壓成形技術(shù)應(yīng)用范圍
2.1.4 內(nèi)高壓成形技術(shù)現(xiàn)狀
2.2 內(nèi)高壓成形主要工藝參數(shù)計算
2.2.1 初始屈服壓力
2.2.2 開裂壓力
2.2.3 整形壓力
2.2.4 軸向進(jìn)給力
2.2.5 合模力
2.3 內(nèi)高壓成形缺陷形式
2.3.1 變徑管內(nèi)高壓成形缺陷形式
2.3.2 彎曲軸線管件內(nèi)高壓成形缺陷形式
2.3.3 三通管內(nèi)高壓成形缺陷形式
2.4 內(nèi)高壓成形極限
2.4.1 變徑管極限膨脹率
2.4.2 矩形截面極限過渡圓角半徑
2.4.3 多通管支管極限高度
2.4.4 低壓成形小過渡圓角半徑的方法
2.5 內(nèi)高壓成形壁厚分布規(guī)律
2.5.1 變徑管壁厚分布規(guī)律及影響因素
2.5.2 彎曲軸線構(gòu)件壁厚分布規(guī)律及影響因素
2.5.3 三通管內(nèi)高壓成形壁厚分布規(guī)律
2.6 內(nèi)高壓成形專用管材及潤滑
2.6.1 適用的材料
2.6.2 內(nèi)高壓成形對管材的要求
2.6.3 管材種類和規(guī)格
2.6.4 管材力學(xué)性能測試
2.6.5 內(nèi)高壓成形的摩擦與潤滑
2.7 內(nèi)高壓成形設(shè)備與模具
2.7.1 內(nèi)高壓成形機(jī)組成和功能
2.7.2 內(nèi)高壓成形機(jī)典型結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)
2.7.3 通用高壓成形系統(tǒng)
2.7.4 內(nèi)高壓成形模具與液壓沖孔
2.8 典型零件內(nèi)高壓成形工藝
2.8.1 不銹鋼雙錐管件內(nèi)高壓成形
2.8.2 轎車底盤前梁內(nèi)高壓成形
2.8.3 鋁合金異型截面管內(nèi)高壓成形
2.8.4 鋁合金薄壁Y型三通管內(nèi)高壓成形
參考文獻(xiàn)
第3章 曲面板材構(gòu)件液壓成形技術(shù)
3.1 充液拉深成形技術(shù)原理與特點(diǎn)
3.1.1 充液拉深成形原理
3.1.2 充液拉深成形特點(diǎn)
3.1.3 充液拉深成形技術(shù)的現(xiàn)狀
3.2 充液拉深主要工藝參數(shù)計算
3.2.1 充液室臨界壓力
3.2.2 拉深力
3.2.3 壓邊力
3.3 圓筒形件充液拉深技術(shù)
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藝
3.4 盒形件充液拉深技術(shù)
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 方錐盒形件充液拉深成形工藝
3.5 可控徑向加壓充液拉深技術(shù)
3.5.1 可控徑向加壓充液拉深成形原理
3.5.2 可控徑向加壓充液拉深成形應(yīng)力分界圓
3.6 板材液體凸模拉深成形技術(shù)
3.6.1 液體凸模拉深成形技術(shù)原理和特點(diǎn)
3.6.2 液體凸模拉深主要工藝參數(shù)
3.7 充液拉深設(shè)備和模具
3.7.1 充液拉深成形設(shè)備結(jié)構(gòu)和組成
3.7.2 充液拉深成形設(shè)備主要參數(shù)
3.7.3 模具結(jié)構(gòu)和材料
參考文獻(xiàn)
第4章 鈦合金板材超塑成形技術(shù)
4.1 鈦合金超塑成形技術(shù)原理與特點(diǎn)
4.1.1 鈦合金的發(fā)展與應(yīng)用
4.1.2 超塑成形工藝原理和分類
4.1.3 TC4鈦合金超塑成形技術(shù)的發(fā)展
4.2 超塑成形的精確性與控制
4.2.1 超塑成形中的壁厚不均勻性及其控制
4.2.2 超塑成形的尺寸精度
4.3 超塑成形／擴(kuò)散連接組合技術(shù)
4.4 超塑成形中的摩擦和潤滑
4.4.1 超塑成形中的摩擦特點(diǎn)
4.4.2 圓環(huán)壓縮法及其應(yīng)用
4.4.3 超塑成形中摩擦的控制
參考文獻(xiàn)
第5章 變曲率板材半多點(diǎn)模成形技術(shù)
5.1 半多點(diǎn)模成形原理與特點(diǎn)
5.1.1 半多點(diǎn)模成形原理
5.1.2 半多點(diǎn)模成形優(yōu)點(diǎn)
5.2 曲面離散的多點(diǎn)沖頭高度和數(shù)量的確定
5.2.1 沖頭高度確定方法
5.2.2 沖頭數(shù)量確定原則
5.3 半多點(diǎn)模成形過程影響因素
5.3.1 護(hù)板厚度的影響
5.3.2 工件材料和厚度的影響
5.3.3 彈性墊板的影響
5.3.4 彈性上模形狀的影響
5.3.5 多點(diǎn)下模形狀的影響
5.4 復(fù)雜雙曲率曲面零件半多點(diǎn)模成形
5.4.1 橢球面零件
5.4.2 馬鞍面零件
5.4.3 球面零件
5.5 半多點(diǎn)模成形技術(shù)的應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第6章 高強(qiáng)度鋼板材及成形技術(shù)
6.1 高強(qiáng)度鋼的特點(diǎn)及分類
6.1.1 高強(qiáng)度鋼的分類
6.1.2 普通高強(qiáng)度鋼的種類
6.1.3 先進(jìn)高強(qiáng)度鋼的種類
6.2 高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能
6.2.1 高強(qiáng)度鋼的力學(xué)特點(diǎn)
6.2.2 高強(qiáng)度鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線
6.2.3 高強(qiáng)度鋼的成形極限圖
6.3 高強(qiáng)度鋼板材冷成形工藝
6.3.1 高強(qiáng)度鋼的成形特點(diǎn)
6.3.2 高強(qiáng)度鋼的成形性能
第7章 鎂合金材溫?zé)釠_壓奪形技術(shù)
第8章 薄壁管特種彎曲技術(shù)
第9章 復(fù)雜形狀整體構(gòu)件等溫鍛造技術(shù)
第10章 異型截面超大環(huán)形件制造技術(shù)
第11章 鈦鎳記憶合金管接頭成形技術(shù)
第12章 組合式空心凸輪軸液力脹接技術(shù)
第13章 輕合金復(fù)雜構(gòu)件半固太模鍛技術(shù)
第14章 薄壁鈦合金構(gòu)件熔模精密鑄造技術(shù)
第15章 鋁合金薄壁件反重力鑄造技術(shù)
第16章 高性能輕合金構(gòu)件噴射成形技術(shù)
第17章 TiA1基合金構(gòu)件塑性成形技術(shù)
結(jié)構(gòu)輕量化是汽車、飛機(jī)和火箭等運(yùn)輸工具節(jié)約燃料、減少污染物排放和提高機(jī)動性能的主要手段之一。
在汽車行業(yè)，轎車減重10％，油耗會降低6％～8％，廢氣排放減少50％～60％；對于卡車，減輕質(zhì)量會提高載貨量。近二十年來，國外乘用車平均每十年減重8％～9％，商用車減重10％～15％，未來十年里轎車還將減重20％。對于汽車而言，減輕質(zhì)量也可以減少碰撞時的慣性力，從而有利于提高碰撞安全性。
在航空航天領(lǐng)域，對于航天飛機(jī)，每減重1kg經(jīng)濟(jì)效益就十分顯著。戰(zhàn)斗機(jī)為了提高機(jī)動性能和航程，結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)從第三代飛機(jī)的32％～34％降低到第四代飛機(jī)的27％～28％，美國第四代機(jī)F-22結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)為27.8％。減輕衛(wèi)星結(jié)構(gòu)質(zhì)量，可以提高有效載荷，先進(jìn)國家衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)一般小于7％。對于洲際導(dǎo)彈，彈頭結(jié)構(gòu)質(zhì)量減輕1kg，在有效載荷不變的條件下，射程增加15km左右，或相當(dāng)于減少起飛質(zhì)量50kg。
結(jié)構(gòu)輕量化有兩條基本途徑：一是材料途徑，采用鋁合金、鎂合金、鈦合金和復(fù)合材料等輕質(zhì)材料；二是結(jié)構(gòu)途徑，采用空心變截面、變厚度、空間曲面、薄壁高筋、整體等輕體結(jié)構(gòu)。根據(jù)統(tǒng)計，在航空航天行業(yè)，對于一定的減重目標(biāo)，采用輕質(zhì)材料減重的貢獻(xiàn)大約為2／3，結(jié)構(gòu)減重的貢獻(xiàn)大約為1／3。而在汽車行業(yè)，由于成本的原因，主要采用高強(qiáng)度鋼及合理的輕體結(jié)構(gòu)減重。本章分別簡要介紹采用輕質(zhì)材料和輕體結(jié)構(gòu)減重的基本原理和方法。
1.2輕質(zhì)材料的力學(xué)性能特點(diǎn)
表1-1為常用金屬結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能。從密度角度看，鎂合金是最輕的金屬材料，其密度約為鋼的1／5；鋁合金的密度約為鋼的1／3，僅次于鎂合金；鈦合金的密度約為鋼的1／2。從強(qiáng)度角度看，鈦合金最高；先進(jìn)高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度達(dá)到了與鈦合金相當(dāng)?shù)乃�；鋁合金的強(qiáng)度是鋼的1／3；鎂合金強(qiáng)度最低。實(shí)際上，在選擇輕質(zhì)材料減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量時，主要是考慮材料的比強(qiáng)度和比剛度。
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