材料成型及控制工程專業(yè)導(dǎo)論（董選普）

本書為國家級一流本科專業(yè)建設(shè)成果教材，全書共6章：總論主要介紹了材料成型及控制工程專業(yè)演變簡史、專業(yè)特點(diǎn)、專業(yè)要求等；第1章主要介紹了工程素養(yǎng)基礎(chǔ)知識和工程師的能力要求；第2章主要介紹了工程材料發(fā)展簡史及基礎(chǔ)認(rèn)知；第3章主要介紹了傳統(tǒng)材料加工鑄造、鍛造、焊接的簡要?dú)v史進(jìn)程、簡要技術(shù)基礎(chǔ)、主要特點(diǎn)及最新發(fā)展；第4章主要介紹了切削加工的歷史進(jìn)程和基礎(chǔ)知識，簡要介紹了激光加工、增材制造以及機(jī)器人技術(shù)等的最新發(fā)展；第5章簡要介紹了材料成型及控制工程專業(yè)涉及的電工電子的基礎(chǔ)知識。
全書可供高等院校材料成型及控制工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生作為教材使用，也可供其他專業(yè)的學(xué)生閱讀參考。

董選普，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，精密成形中心主任。中國鑄造協(xié)會實(shí)型（消失模）鑄造分會副理事長、中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會理事、中國鑄造生產(chǎn)力促進(jìn)中心消失模與V法鑄造技術(shù)委員會主任。長期從事材料成型與裝備制造的相關(guān)研究、鑄造智能化裝備及相關(guān)系統(tǒng)工程等研究工作。主持或參與了多項國防預(yù)研基金、國家自然科學(xué)基金、973和863計劃、國家數(shù)控裝備專項研究、國防十二五預(yù)研項目等科研項目，獲得湖北省科技進(jìn)步一等獎一項、武漢市科技進(jìn)步二等獎一項。近年來發(fā)表論文60余篇、專利10項、參與編寫書籍和專著5部。

中國從恢復(fù)高考至今已有四十七年，已經(jīng)有了全球最大規(guī)模的高等教育。高等教育的快速發(fā)展，為我國培養(yǎng)了大量的各類人才，是中國社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)騰飛的最大動力。教育的快速發(fā)展也存在各種不盡如人意的情況，譬如多年前，國內(nèi)教育界對當(dāng)時大學(xué)生的“人文素質(zhì)”的缺失提出了批評，促使大學(xué)通過開設(shè)人文講座、人文選修課等措施，使大學(xué)生的人文素質(zhì)得以改善和提高。再譬如，某些部分傳統(tǒng)專業(yè)大學(xué)新生的專業(yè)思想問題，似乎是歷年各高校要面對的事情。由于對專業(yè)的一知半解或某些偏見誤導(dǎo)，少數(shù)大學(xué)生會有換專業(yè)甚至退學(xué)重新參加高考的念頭。大學(xué)教育到底應(yīng)該教什么？怎么教？各科有各科的說法。筆者認(rèn)為兩類基本素養(yǎng)和一個基礎(chǔ)認(rèn)知必不可缺，那就是人文素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和專業(yè)基礎(chǔ)認(rèn)知。通俗地比喻，人文素養(yǎng)讓人“養(yǎng)眼”，宋詩有“腹有詩書氣自華”；工程素養(yǎng)讓人“養(yǎng)膽”，人們常說“藝高人膽大”；專業(yè)基礎(chǔ)認(rèn)知就是解決大學(xué)新生或?qū)Ρ緦I(yè)不熟悉人員的“靈魂三問”之鑰匙。
本書是華中科技大學(xué)教學(xué)項目的成果延伸，對材料成型與控制專業(yè)所涉及的專業(yè)知識或相關(guān)聯(lián)內(nèi)容做了綜合概括，對相關(guān)金屬加工成型領(lǐng)域古今中外的工程類相關(guān)成果，以圖示的方式系統(tǒng)進(jìn)行了展示和描述。以簡要圖示的方式進(jìn)行編撰也是該類書籍編寫的新嘗試，對于材料成型及控制專業(yè)的大學(xué)生或非工科的大學(xué)生均具有較好的閱讀性和易理解性，力求做到通俗易懂，力爭專業(yè)認(rèn)知和工程認(rèn)知兩不誤。
本書的主要內(nèi)容有6章。總論及第1～3章由董選普教授編寫，羅云華副教授參與了第3.2節(jié)的部分編寫，主要介紹了材料成型及控制專業(yè)概況、工程素養(yǎng)的基本概念，工程材料的大歷史脈絡(luò)，金屬成型的基本認(rèn)知內(nèi)容；第4章由董選普教授和劉鑫旺教授共同編寫，主要介紹了傳統(tǒng)金屬加工和現(xiàn)代先進(jìn)加工技術(shù)的基本內(nèi)容；第5章由高鵬毅高級工程師編寫，簡要介紹了材料加工涉及的電子電工的基礎(chǔ)知識。全書由董選普教授統(tǒng)稿及整理，周華民教授審。
由于本書是教科書，對于經(jīng)典的理論、最新的成果、實(shí)際生產(chǎn)中的新老例證本書都有所收錄。感謝華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院廖敦明教授、張祥林教授、曹華堂教授的支持，以及工程創(chuàng)新中心的李華飛博士、吳志超博士、宋皎皎高級工程師、朱旗高級工程師、吳亞環(huán)工程師對本書編寫過程中的支持。
本書的完成是個新嘗試，作者心中不免忐忑。本書涉及知識面較廣，內(nèi)容繁多，編者水平有限，書中難免有不當(dāng)之處，敬請讀者批評指正。

編者
2024年4月于武漢喻園

0 總論 001
0.1 材料成型及控制工程專業(yè)演變簡史 001
0.2 材料成型及控制工程的專業(yè)優(yōu)勢 003
0.2.1 材料加工技術(shù)先進(jìn) 003
0.2.2 工程應(yīng)用廣泛 003
0.2.3 創(chuàng)新研發(fā)能力強(qiáng) 004
0.2.4 跨學(xué)科融合優(yōu)勢 005
0.3 材料成型及控制工程的專業(yè)要求 006
0.3.1 專業(yè)知識要求及其主要課程 006
0.3.2 畢業(yè)生的專業(yè)能力和素質(zhì)要求 007

1 工程素養(yǎng)基礎(chǔ) 009
1.1 工程素養(yǎng) 009
1.1.1 工程素養(yǎng)內(nèi)涵 009
1.1.2 工程素養(yǎng)的重要性 010
1.2 工程師素養(yǎng) 010
1.2.1 工程師素養(yǎng)的概念 010
1.2.2 工程師素養(yǎng)的內(nèi)涵 011
1.2.3 工程師的能力要求 012
1.3 工程素養(yǎng)需要工匠精神 012
1.3.1 工匠精神 012
1.3.2 工匠精神的內(nèi)涵 013
1.3.3 工匠精神的創(chuàng)新 014

2 工程材料認(rèn)知 016
2.1 工程材料發(fā)展史 016
2.1.1 石器時代：人類文明的孕育 017
2.1.2 青銅時代：初現(xiàn)人類文明之美 018
2.1.3 鐵器時代：人類文明的快速發(fā)展 023
2.1.4 水泥材料的發(fā)展 027
2.1.5 新材料時代 029
2.2 材料科學(xué)基礎(chǔ)認(rèn)知 031
2.2.1 材料的分類 031
2.2.2 材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 033
2.2.3 材料性能基礎(chǔ) 039
2.3 材料與環(huán)境的關(guān)系 043

3 材料成型技術(shù) 045
3.1 鑄造成型技術(shù) 046
3.1.1 鑄造成型概述 046
3.1.2 古代鑄造技術(shù)簡介 052
3.1.3 高密度黏土砂鑄造技術(shù) 057
3.1.4 樹脂砂造型制芯技術(shù) 062
3.1.5 消失模鑄造技術(shù) 068
3.1.6 熔模精密鑄造技術(shù) 072
3.1.7 高壓鑄造技術(shù) 077
3.1.8 低壓鑄造技術(shù) 083
3.1.9 數(shù)字化技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用 087
3.2 金屬塑性成型技術(shù) 094
3.2.1 金屬塑性成型技術(shù)概述 094
3.2.2 模具CAD/CAM/CAE 097
3.2.3 大型鍛件成型技術(shù) 098
3.2.4 模鍛 101
3.2.5 沖壓 104
3.2.6 其他金屬塑性成型技術(shù) 109
3.3 金屬焊接成型技術(shù) 113
3.3.1 焊接技術(shù)概述 113
3.3.2 氣焊與氣割 118
3.3.3 電弧焊 122
3.3.4 鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊 124
3.3.5 電阻焊 125
3.3.6 釬焊 127
3.3.7 激光焊接技術(shù) 130
3.4 增材制造技術(shù) 133
3.4.1 增材制造技術(shù)原理 133
3.4.2 增材制造技術(shù)分類 134
3.4.3 增材制造技術(shù)的典型應(yīng)用 138

4 切削加工技術(shù) 140
4.1 世界機(jī)械發(fā)展歷程 140
4.1.1 機(jī)械的起源和古機(jī)械發(fā)展階段 140
4.1.2 近代機(jī)械發(fā)展階段 142
4.1.3 現(xiàn)代機(jī)械發(fā)展階段 145
4.2 中國機(jī)械發(fā)展歷程 147
4.2.1 遠(yuǎn)古機(jī)械時期 147
4.2.2 古代機(jī)械時期 148
4.2.3 近代機(jī)械時期 150
4.2.4 現(xiàn)代機(jī)械時期 151
4.3 切削加工及其裝備 155
4.3.1 切削加工概述 155
4.3.2 機(jī)床及其發(fā)展 157
4.4 數(shù)控加工 158
4.4.1 數(shù)控加工概述 158
4.4.2 數(shù)控加工原理和裝備 159
4.4.3 數(shù)控加工發(fā)展歷程 160
4.5 激光加工 161
4.5.1 激光加工的概念 161
4.5.2 激光加工的特點(diǎn) 164
4.5.3 激光加工的應(yīng)用 164
4.6 機(jī)械制造智能化——機(jī)器人 167
4.6.1 古代機(jī)器人的發(fā)展歷史 167
4.6.2 現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展歷史 168
4.6.3 工業(yè)機(jī)器人 171
4.6.4 服務(wù)機(jī)器人 173

5 電工電子技術(shù) 175
5.1 電子元器件認(rèn)知 175
5.1.1 電子元件 176
5.1.2 電子器件 182
5.2 電氣控制與PLC  187
5.2.1 低壓控制電器 187
5.2.2 發(fā)電機(jī)與電動機(jī) 191
5.2.3 可編程邏輯控制器 196
5.3 集成電路工藝 201
5.3.1 集成電路產(chǎn)業(yè)概述 201
5.3.2 集成電路設(shè)計 202
5.3.3 集成電路制造 210
5.3.4 集成電路的封裝測試 217
5.3.5 集成電路的發(fā)展趨勢 220

參考文獻(xiàn) 222