具体描述
本书首先系统地介绍了有限差分法和有限元法这两种主要的数值分析方法的概念、公式和实施步骤，主要内容包括温度场及流动问题的有限差分分析，弹性、弹塑性及塑性问题的有限元分析等，然后介绍了数值分析在铸造、锻压等材料成形过程的计算机模拟中的应用，这些内容将为读者提供应用模拟软件分析工程问题所必需的较为完整的知识。
本书是为高等院校专业調整后的材料成形及控制工程专业本科生编写的教材，也可供材料学科、机械学科有关专业的师生以及从事材料加工和机械制造的科技人员参考。
《先进制造技术与质量控制》 内容提要： 本书旨在系统梳理与深入探讨当代先进制造技术的核心原理、关键工艺及其在实际生产中的应用，并紧密结合现代质量管理体系，构建起从设计、加工到检测的全流程质量控制框架。全书内容涵盖了增材制造（3D打印）的多种主流技术及其材料科学基础、精密与超精密加工的机理分析、智能制造系统中的数据驱动优化方法，以及面向未来的柔性制造与工业物联网（IIoT）的应用实践。特别强调了先进检测技术（如光学计量、非接触式测量）在确保产品性能和可靠性方面所扮演的关键角色。 第一部分：现代制造工艺基础与发展趋势 第一章：增材制造（Additive Manufacturing, AM）的原理与材料 本章详细阐述了增材制造技术区别于传统减材制造的根本区别及其在复杂结构制造中的独特优势。内容聚焦于当前主流的增材制造方法，包括但不限于： 1. 粉末床熔融技术（PBF）： 深入分析选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）的工作流程、能量耦合机制、残余应力控制策略，以及在航空航天、生物医疗领域的应用案例。 2. 定向能量沉积（DED）： 探讨线材/粉末送进方式、热影响区（HAZ）的控制，以及在大型部件修复和异种材料连接中的潜力。 3. 材料科学： 剖析用于增材制造的金属粉末（如钛合金、镍基高温合金）和高分子材料的粒度分布、球形度对烧结致密度的影响。讨论成形过程中微观组织演变及其对宏观力学性能（如疲劳寿命、蠕变性能）的制约。 第二章：精密与超精密加工技术 本章侧重于如何实现微米乃至纳米级别的表面质量和尺寸精度。 1. 切削力学与刀具磨损： 重新审视高速切削、硬质材料加工中的物理模型，侧重于热-力-电耦合效应，并介绍新型陶瓷基复合材料刀具的应用。 2. 非传统加工方法： 详述电火花加工（EDM）、电化学加工（ECM）和激光加工（LBM）的工艺窗口、效率提升方法，以及在模具制造和微结构加工中的优化参数选择。 3. 表面完整性控制： 探讨加工残余应力、微观表面形貌（粗糙度与波纹度）对零件功能（如耐腐蚀性、摩擦学性能）的综合影响，并介绍后处理技术如滚光、磁研磨的机理。 第二部分：智能制造与系统集成 第三章：工业物联网（IIoT）与制造系统互联 本章关注于如何利用信息技术驱动制造过程的智能化和透明化。 1. 传感器技术与数据采集： 详细介绍用于监测机床状态、刀具磨损、过程参数（温度、振动、声发射）的高性能传感器，以及数据预处理和特征提取技术。 2. 制造执行系统（MES）与数据融合： 阐述MES在生产调度、物料追溯和设备状态监控中的核心作用。探讨如何整合来自CAD/CAM、ERP和现场设备的数据流，实现生产全景视图。 3. 边缘计算与实时控制： 讨论在生产现场部署边缘计算节点对降低延迟、实现快速闭环控制的重要性，以及在多机床协同加工中的通信协议选择。 第四章：制造过程中的质量保证与检测 质量控制是确保产品符合设计要求的核心环节。本章构建了一个从在役监控到最终检验的完整质量框架。 1. 基于模型的质量预测： 介绍如何利用有限元分析（FEA）模型来模拟加工过程中的热变形和应力集中，实现过程参数对最终尺寸和形貌的预测性控制。 2. 先进测量技术： 深入分析三坐标测量机（CMM）的误差源分析与补偿，以及激光共聚焦显微镜、白光干涉仪在测量复杂曲面和微观形貌中的应用。重点讨论测量不确定度的评估与溯源。 3. 在线质量反馈与自适应控制： 探讨如何将实时检测结果（如在线形位误差监测）反馈给数控系统，实现加工路径的动态修正，以补偿系统误差和随机波动。 4. 统计过程控制（SPC）的深化： 介绍更精细化的SPC工具，如过程能力指数（$C_{pk}$）的动态计算，以及在柔性生产线中实施基于风险的抽检策略。 第三部分：可持续性与未来制造 第五章：绿色制造与能源效率优化 面向全球对可持续发展的要求，本章探讨了如何降低制造成本与环境影响。 1. 切削液的替代与循环利用： 评估最小量润滑（MQL）技术、干式加工、以及生物基切削液的应用潜力，分析其对刀具寿命和环境负荷的影响。 2. 能源消耗建模： 建立机床在空载、待机、切削不同模式下的能耗模型，并提出基于生产计划优化的能耗调度策略。 3. 材料的循环与再制造： 探讨增材制造在废料（如金属边角料）回收再利用方面的应用，以及产品生命周期管理（PLM）中对设备再制造的规划。 第六章：人机协作与柔性制造系统 本章展望了未来工厂的人员角色和系统布局。 1. 协作机器人（Cobots）的应用： 分析协作机器人在装配、检测辅助、人工作业区域安全隔离方面的技术要点，以及人机界面（HMI）的设计原则，确保操作的直观性和安全性。 2. 柔性制造系统（FMS）的重构： 讨论如何设计模块化、可快速重构的生产单元，以应对小批量、多品种的快速市场需求变化，侧重于快速换模与工具自动更换技术。 结语： 本书强调制造技术不再是孤立的工艺操作，而是高度依赖于先进材料、精密控制、信息物理系统（CPS）集成和严格质量保证的复杂工程体系。读者通过学习本书，将能建立起对现代制造业全局性的认识，并掌握分析和解决复杂制造难题所需的跨学科知识基础。
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