內容簡介
《復閤材料工廠工藝設計概論》共分為八章:復閤材料工廠設計的基礎知識,復閤材料廠總平麵布置,復閤材料廠車間工藝布置,車間工藝流程的的選擇和工藝設備的選型,物料衡算和能量衡算,復閤材料工藝配套項目的設計基礎,工藝設計製圖的基本要求,生産車間和製品的工藝設計實例。《復閤材料工廠工藝設計概論》內容較為基礎,可作為高等學校復閤材料與工程專業的教學用書,也可供國內玻璃鋼設計院、建材規劃院和相關生産企業的技術人員參考。
內頁插圖
目錄
第1章 復閤材料工廠設計的基礎知識
1.1 復閤材料的發展及應用
1.1.1 我國復閤材料發展狀況
1.1.2 樹脂基復閤材料的原輔材料
1.1.3 熱固性樹脂基復閤材料
1.1.4 熱塑性樹脂基復閤材料
1.1.5 我國復閤材料的發展潛力和熱點
1.2 復閤材料廠設計的要求、分類及內容
1.2.1 復閤材料廠設計的要求
1.2.2 復閤材料廠設計的分類
1.2.3 復閤材料廠設計的內容
1.3 設計的基本程序
1.3.1 項目建議書
1.3.2 可行性研究
1.3.3 設計任務書
1.3.4 廠址選擇
1.3.5 設計階段工作
1.3.6 設計後期工作
1.4 設計資料的收集
1.4.1 收集資料的內容
1.4.2 規範資料
1.4.3 資料來源
1.4.4 收集設計資料的原則和步驟
第2章 復閤材料廠總平麵布置
2.1 復閤材料廠總平麵布置的內容和步驟
2.2 復閤材料廠總平麵布置基礎知識
2.2.1 復閤材料廠總平麵布置的原則
2.2.2 復閤材料廠車間組成
2.2.3 復閤材料廠平麵布置
2.2.4 復閤材料廠竪嚮布置
2.2.5 復閤材料廠運輸設計
2.2.6 管綫布置
2.2.7 綠化美化布置
第3章 復閤材料廠車間工藝布置
3.1 復閤材料廠車間工藝布置的要求?
3.2 廠房布置
3.2.1 廠房的平麵布置
3.2.2 廠房的立麵布置
3.3 設備布置
3.3.1 設備布置的要求與步驟
3.3.2 設備布置圖
第4章 車間工藝流程的選擇和工藝設備的選型
4.1 選擇車間工藝流程和設備的基本方法
4.1.1 選擇車間工藝流程和設備的要求
4.1.2 車間主機的選型計算
4.1.3 附屬設備的選型計算
4.2 各種成型工藝流程及設備
4.3 噴射成型工藝及設備
4.3.1 噴射成型的分類
4.3.2 噴射成型的特點
4.3.3 原材料選擇的要求
4.3.4 噴射成型機的工作原理
4.3.5 噴射成型工藝控製
4.3.6 噴射成型設備
4.4 夾層結構成型工藝及設備
4.4.1 概述
4.4.2 蜂窩夾層結構製造工藝
4.4.3 夾層結構塗膠機的結構及原理
4.5 模壓成型工藝及設備
4.5.1 模壓料(短縴維模壓料)
4.5.2 SMC成型工藝
4.5.3 模壓製品生産
4.5.4 模壓成型主要設備
4.6 層壓工藝及設備
4.6.1 概述
4.6.2 膠布製備工藝及設備
4.7 纏繞成型工藝及設備
4.7.1 纏繞綫型分類
4.7.2 纏繞設備
4.7.3 小車環鏈式纏繞機的總體結梅
4.7.4 固化爐
4.8 拉擠成型工藝及設備
4.8.1 拉擠成型工藝
4.8.2 拉擠成型工藝分類
4.8.3 拉擠成型設備
4.9擠齣成型工藝及設備
4.9.1 FRTP粒料生産工藝及設備
4.9.2 FRTP擠齣成型工藝
4.9.3 擠齣成型設備
4.10 注射成型工藝
4.10.1 注射成型工藝原理
4.10.2 注射成型工藝過程
4.10.3 注射成型設備
第5章 物料衡算和能量衡算
5.1 物料衡算
5.1.1 物料衡算的作用與意義
5.1.2 物料衡算常用基本概念和方法
5.1.3 物料衡算舉例
5.2 能量衡算
5.2.1 能量衡算解析
5.2.2 熱量衡算計算方法
第6章 復閤材料工藝配套項目的設計基礎
6.1 土建設計
6.1.1 概述
6.1.2 柱和梁
6.1.3 單層廠房設計
6.1.4 多層廠房設計
6.1.5 給水排水設計要求
6.2 電氣設計
6.3 技術經濟指標分析
6.4 復閤材料工業的汙染及其預防
第7章 工藝設計製圖的基本要求
7.1 製圖的一般要求
7.1.1 圖紙幅麵
7.1.2 製圖比例
7.1.3 字體要求
7.1.4 圖綫及其使用
7.2 工藝布置圖及工藝流程圖的編製
7.2.1 各設計階段應提交的圖紙內容
7.2.2 全廠生産車間布置平剖麵圖的深度和內容
7.2.3 初步設計資料圖的深度和內容
7.2.4 施工資料圖與成品圖的深度和內容
7.2.5 工藝非標準件圖的深度與內容
7.2.6 工藝流程圖的深度和內容
7.2.7 尺寸、標高等數字與文字的標注方法
7.2.8 建築物和構築物韻錶示方法
7.3 工藝設備備和工藝非標準件設備材料錶的編製
7.3.1 各設計階段的編製要求
7.3.2 工藝設備錶的編製方法
7.3.3 工藝非標準件設備材料錶的編製方法
第8章 生産車間和製品的工藝設計實例
8.1 閤成樹脂車間生産工藝設計
8.1.1 閤成樹坦旨生産工藝設計的內容和步驟
8.1.2 閤成樹脂車間生産工藝設計
8.1.3 對非工藝專業的設計要求
8.1.4 車間生産協作問題
8.2 捲管生産工藝設計
8.2.1 預浸料生産工藝設計
8.2.2 捲管工藝設計
8.2.3 玻璃鋼管後加工
8.2.4 捲管車間工藝布置
8.3 拉擠車聞_生産工藝設計
8.3.1 縴維與樹脂物料計算舉例
8.3.2 質量控製與缺陷分析
8.3.3 拉擠成型工藝中的影響因素與控製
8.3.4 後加工
8.3.5 拉擠車間設備布置舉例
8.4 8MC模壓生産工藝設計
8.4.1 SMC片材生産工藝設計
8.4.2 SMC模壓生産工藝設計
8.4.3 車間設計
8.5 纏繞製品生産及車間
8.5.1 生産工藝過程
8.5.2 生産方案舉例
8.5.3 纏繞車間設備布置舉例
附錄
附錄1 無堿玻璃縴維布(JC/T 170-2002)
附錄2 熱固化玻璃縴維增強塑料食品容器(JC 586-1995)
附錄3 玻璃縴維增強熱固性樹脂承載型格柵(JC/T 1026-2007)
參考文獻
精彩書摘
第1章 復閤材料工廠設計的基礎知識
工廠設計的任務是按照國傢或國內外用戶要求的産量和質量標準,在可能的情況下,綜閤國內外已成熟的工廠設計和專業設計的最優方案進行設計,達到完成既定産量及質量的要求,並盡可能降低造價、節約能源和相應考慮今後生産定額及工廠的改建、發展。這是一個政策性、技術性和經濟性很強的綜閤技術工作,是基本建設全過程中最為重要的環節,為工廠建設及建成後投人生産提供基本條件。因此,設計內容是否先進、可靠直接影響到工廠投産後的産量、質量和生産成本,應予以足夠的重視。
國內工廠設計必須貫徹我國的經濟和工業政策,設計工作必須堅持基本建設程序。設計時力求做到技術先進可靠、經濟閤理、安全適用,使工廠建成後能獲得預期的經濟效益和社會效益。
工廠設計是各種專業人員共同勞動、集體智慧的結晶。在復閤材料工廠設計中,應首先根據客觀情況,決定采用何種工藝方法,因此復閤材料工藝方法的選擇在復閤材料工廠設計中起著主導作用。在一般情況下,首先應確定生産方法及已定生産方法的工藝流程、工藝計算、專業設備和車間布置,然後依據工藝特點及車間布置嚮各有關專業提齣要求,各專業在保證生産的情況下協同工作。因此,工藝設計人員不僅要精通工藝知識,還必須掌握與工藝有關的其他專業知識,這樣纔能提齣正確的、係統的工藝設計方案,為其他專業工作創造必要的基礎條件,纔能共同完成工廠的整個設計。
總之,在復閤材料工業日益發展的今天,為使復閤材料産品生産規範化,不斷提高産品質量和生産管理水平,同時為擴大學生的知識麵,深化其學過的理論知識,培養其工程設計能力,學習復閤材料工廠設計相關知識是非常必要的。
本書的重點是工藝設計,使學生在學完本課程後,能根據不同産品的設計要求和使用要求,掌握對産品進行工藝設計、生産方法選擇、生産設備選擇、生産工藝布置等方麵的知識;樹立車間和工廠設計的完整概念;瞭解工藝設計和非工藝設計之間的關係。
……
前言/序言
現代工業的基石:先進材料的製造與應用 本書旨在為讀者呈現一個宏大而精密的工業圖景,聚焦於當今製造業中不可或缺的——先進材料及其生産工藝。我們深入探究那些塑造瞭現代世界,從航空航天到日常生活用品的材料背後,那些嚴謹、創新且至關重要的製造過程。本書並非局限於單一的材料類型,而是以廣闊的視角,描繪齣多樣化材料體係從原材料到成品的全生命周期。 第一章 現代工業材料的格局與發展趨勢 在本書的第一章,我們將首先審視當前工業領域中主流的先進材料種類及其扮演的關鍵角色。這包括瞭傳統但依舊重要的金屬材料,如高強度鋼、特種鋁閤金、鈦閤金等,它們在結構強度、耐腐蝕性等方麵的卓越性能,使其成為航空、汽車、能源等行業的基石。接著,我們將目光轉嚮日益凸顯的非金屬材料,特彆是高性能聚閤物,如碳縴維增強聚閤物(CFRP)、玻璃縴維增強聚閤物(GFRP)等,它們的輕質高強特性徹底改變瞭許多行業的設計理念和性能上限。同時,陶瓷材料,以其優異的耐高溫、耐磨損、絕緣等特性,在電子、航空發動機、醫療器械等領域展現齣不可替代的價值。 此外,本書還將深入探討這些材料在宏觀經濟和科技發展中的戰略意義。從國傢層麵的材料自主化戰略,到企業在材料研發和應用上的競爭優勢,再到新興産業如新能源汽車、軌道交通、生物醫學等對新型材料的迫切需求,都將得到細緻的闡述。我們還會前瞻性地分析未來材料發展的三大驅動力:可持續性、智能化以及多功能集成。可持續性要求材料在整個生命周期內減少對環境的影響,包括可迴收性、生物降解性以及使用可再生資源。智能化則體現在材料本身能夠感知、響應甚至改變自身特性以適應外部環境。多功能集成則意味著單一材料能夠同時具備多種性能,例如,既是結構材料,又是能源存儲材料,或是信息傳輸材料。 第二章 核心製造工藝原理與技術選型 在確立瞭對現代材料及其發展趨勢的宏觀認知後,本書第二章將轉入具體的製造工藝層麵,重點解析各類先進材料的核心生産技術。我們首先聚焦於金屬材料的加工,詳細介紹金屬的熔煉、鑄造、鍛造、軋製、焊接等傳統工藝,並深入探討其在現代工業中的技術升級與創新,例如精密鑄造、等溫鍛造、定嚮凝固技術等。同時,對於新興的金屬增材製造(3D打印)技術,如選擇性激光熔化(SLM)、電子束熔化(EBM)等,也將進行詳盡的介紹,分析其在復雜結構製造、個性化定製以及快速原型製造方麵的獨特優勢與局限性。 對於高性能聚閤物材料,本書將詳細闡述其主要的成型工藝。這包括瞭擠齣成型(用於製造管材、闆材、薄膜等)、注塑成型(用於製造復雜形狀的零件)、吹塑成型(用於製造中空製品)、壓塑成型以及反應注射成型(RIM)等。特彆地,對於縴維增強聚閤物(FRP),我們將深入講解其關鍵的增強縴維(如碳縴維、玻璃縴維、芳綸縴維)與基體樹脂(如環氧樹脂、聚酯樹脂)的結閤過程,詳細介紹手糊成型、真空輔助樹脂轉移成型(VARTM)、預浸料熱壓成型(Pultrusion)、纏繞成型等製造工藝,並分析不同工藝對産品性能的影響。 陶瓷材料的製造同樣是本書的重要組成部分。我們將介紹陶瓷粉體製備、成型(如乾壓、注漿、擠齣、流延成型、注射成型)以及高溫燒結等關鍵環節。此外,對於高性能陶瓷,如氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷以及特種陶瓷(如壓電陶瓷、介電陶瓷),我們將著重介紹其獨特的製備技術,如溶膠-凝膠法、共沉澱法、噴霧乾燥法等,以及精密加工和錶麵處理技術,以滿足其在電子、光學、生物等領域的嚴苛應用要求。 本書的這一章節還將探討工藝選型的基本原則。在麵對多種可行的製造方法時,如何根據材料特性、産品設計要求、生産效率、成本以及環境影響等因素,做齣最優化決策,將是重要的討論內容。例如,對於同一款航空發動機的關鍵部件,是選擇精密鑄造還是增材製造?對於汽車的車身結構件,是采用傳統的金屬衝壓還是先進的FRP成型?這些決策的背後,都蘊含著對材料科學、製造工程和經濟學的深刻理解。 第三章 質量控製、檢測與優化 製造工藝的精湛程度直接決定瞭材料的最終性能和産品的可靠性。因此,本書第三章將聚焦於先進材料製造過程中的質量控製、檢測以及持續優化。我們將首先介紹貫穿整個生産流程的質量管理體係,包括ISO 9000係列標準在材料製造領域的應用,以及統計過程控製(SPC)等工具在監控和穩定生産過程中的作用。 在檢測技術方麵,本書將涵蓋多種非破壞性檢測(NDT)和破壞性檢測(DT)方法。對於金屬材料,我們將介紹超聲波檢測(UT)、射綫檢測(RT)、磁粉檢測(MT)、滲透檢測(PT)等NDT技術,用於檢測材料內部的缺陷,如氣孔、裂紋、夾雜物等。同時,也將介紹拉伸試驗、彎麯試驗、衝擊試驗、硬度試驗等DT方法,用於評估材料的力學性能。 對於聚閤物材料和FRP,我們將重點介紹其特有的檢測技術,如紅外光譜(IR)和拉曼光譜(RS)用於錶徵材料成分和分子結構,差示掃描量熱法(DSC)和熱重分析法(TGA)用於研究材料的熱性能,掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)用於觀察微觀形貌和縴維與基體的界麵,以及衝擊試驗、層間剪切試驗等力學性能檢測。 陶瓷材料的檢測同樣至關重要,我們將介紹X射綫衍射(XRD)用於分析晶體結構,X射綫熒光光譜(XRF)用於元素成分分析,顯微硬度計用於測試硬度,以及聲時差法等用於檢測內部裂紋。 除瞭檢測,本書還將深入探討工藝優化的重要性。通過對生産數據的分析,結閤實驗設計(DOE)方法,我們可以係統地改進工藝參數,例如溫度、壓力、時間、材料配比、固化條件等,從而提高材料的緻密性、強度、韌性、耐腐蝕性以及其他關鍵性能。同時,也將討論如何通過數值模擬與仿真技術,在虛擬環境中預測和優化製造過程,減少實際試錯成本,加速産品開發周期。 第四章 新型材料與前沿製造技術 在本書的第四章,我們將進一步拓展視野,關注正在興起的新型材料以及與之配套的前沿製造技術。這包括瞭智能材料,如形狀記憶閤金(SMA)、壓電陶瓷、磁緻伸縮材料等,它們能夠響應外部刺激(溫度、電場、磁場等)而改變自身形狀或性能,在微機電係統(MEMS)、驅動器、傳感器等領域具有巨大的應用潛力。 本書還將探討納米材料的製造與應用。例如,碳納米管(CNT)、石墨烯等二維材料,以及金屬納米顆粒、陶瓷納米粉體等,它們在極小的尺度下展現齣獨特的物理化學性質。我們將介紹納米材料的製備方法,如化學氣相沉積(CVD)、水熱法、球磨法等,以及如何將這些納米材料有效地分散並集成到宏觀材料中,以提升材料的力學、電學、熱學等性能。 此外,本書將重點關注增材製造(3D打印)技術的最新進展及其對材料製造的革命性影響。我們將深入分析金屬、聚閤物、陶瓷以及復閤材料的3D打印技術,包括其適用材料範圍、精度、速度、成本效益以及在航空航天、醫療(如定製化植入物)、汽車、能源等領域的創新應用案例。例如,金屬3D打印如何實現傳統工藝難以製造的復雜內部結構,從而大幅減輕部件重量並提高性能;聚閤物3D打印如何實現高度個性化的醫療器械或高性能運動裝備。 本書還將簡要介紹生物基材料和可降解材料的製造,以響應日益增長的可持續發展需求。這包括瞭從生物質中提取和加工的材料,以及設計用於在特定環境下自然分解的材料,它們在包裝、農業、一次性用品等領域具有廣闊的應用前景。 第五章 案例分析與行業展望 為瞭使理論知識更加生動和貼近實際,本書的第五章將通過一係列具有代錶性的案例分析,來展示先進材料製造工藝在不同工業領域的實際應用。我們將選取航空航天領域的高強度輕質結構件、汽車領域的輕量化車身和動力總成部件、能源領域的太陽能電池闆材料和風力渦輪葉片、電子領域的微電子封裝材料和高性能絕緣材料,以及醫療領域的生物相容性植入物和組織工程支架等。 在每個案例中,我們將深入剖析所采用的材料類型、關鍵製造工藝、質量控製方法以及最終産品的性能優勢。通過這些具體的實例,讀者將能夠更直觀地理解理論知識的實踐意義,以及不同製造技術在解決實際工程問題中的作用。 最後,本書將在行業展望部分,對未來先進材料製造領域的發展趨勢進行預測。我們將探討數字化與智能化製造(工業4.0)如何進一步滲透到材料生産過程中,例如,通過大數據分析、人工智能算法優化工藝參數,實現預測性維護,以及構建更靈活、更高效的生産綫。同時,也將關注綠色製造與循環經濟理念在材料生産中的深化,例如,開發更環保的生産工藝,提高材料的迴收利用率,減少能源消耗和汙染物排放。 本書的編寫宗旨是為相關領域的專業人士、研究人員、工程技術人員以及對先進材料製造感興趣的學生和讀者,提供一個係統、全麵且深入的知識框架。我們期望通過本書,能夠激發讀者對材料科學與工程的進一步探索熱情,為推動現代工業的持續進步貢獻一份力量。