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《機械制造工藝課程設計》 課程設計說明書 （ 201 級） 論文題目： 系 名： 專業(yè)班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 完成日期： 摘 要 本次設計內(nèi)容涉及了機械制造工藝及機床夾具設計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。 支座的加工工藝規(guī)程和鉆支座2×Φ20孔的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分。在工藝設計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設計出毛坯的結構，并選擇好零件的加工基準，設計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設計，選擇設計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結構的合理性與不足之處，并在以后設計中注意改進。 關鍵詞：切削用量；夾緊；定位；誤差 Abstract The design involves the mechanical manufacturing process and machine tool fixture design, metal cutting machine tools, tolerance and measurement, and other aspects of knowledge. The processing technical regulations of the support and the design of the 2 x - 20 hole of the drill support, the design of the process and the design of the special fixture are the three parts. In the process of design should first understand the analysis of parts, parts of the process to design a blank structure, and choose the good components the processing datum, designs the process routes of the parts; then the parts of each labor step process size calculation, is the key to decide the craft equipment and the cutting process of the various design parameters; then a special fixture, the fixture selection for the various components of the design, such as connecting parts positioning elements and clamping elements, guide element, fixture and machine tool and other components; positioning error is calculated when the fixture, analysis the rationality and shortcoming of fixture structure, improve and design in later. Key words: Cutting amount; clamping; positioning; error 目 錄 摘 要 II 第一章 序 言 1 第二章 計算生產(chǎn)綱領、生產(chǎn)效率分析 2 2.1生產(chǎn)綱領 2 2.2 生產(chǎn)效率分析 2 第三章 毛坯的制造方法 3 3.1 確定毛坯的制造形式 3 3.2毛坯尺寸公差 3 第四章 零件的工藝設計 4 4.1 零件的工藝設計 4 4.2 工藝規(guī)程的設計 4 4.2.1 基準的選擇 4 4.2.2 制定工藝路線 5 4.2.3 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5 4.2.4 確定切削用量及基準工時 6 第五章 鉆床夾具設計 14 5.1專用夾具的提出 14 5.2定位元件及夾緊元件的選擇 14 5.3切削力和夾緊力的計算 14 5.4定位誤差分析 15 5.5鉆套的設計 16 5.6夾具設計及操作簡要說明 18 致 謝 19 參考文獻 20 IV 第一章 序 言 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。 變速叉的加工工藝規(guī)程和銑叉口兩端面的工藝設計、工序設計以及專用夾具的設計三部分是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等進行畢業(yè)設計之后的下一個教學環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證零件的加工質量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結合，才能很好的完成本次設計。 本設計選用變速叉來進行工藝編制與夾具設計，以說明書、繪圖為主，設計手冊與國家標準為附來進行詳細說明。 第二章 計算生產(chǎn)綱領、生產(chǎn)效率分析 2.1生產(chǎn)綱領 生產(chǎn)綱領：企業(yè)在計劃期內(nèi)應當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃。年生產(chǎn)綱領是包括備品和廢品在內(nèi)的某產(chǎn)品的年產(chǎn)量。零件的生產(chǎn)綱領按下式計算。 N=Qn(1+a+) 式中： N——零件的生產(chǎn)綱領（件/年） Q——機器產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年） n——每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量（件/臺） a——備品百分率 ——廢品百分率 2.2 生產(chǎn)效率分析 操作者按規(guī)定的作業(yè)方法工作時，他的能力或努力程度叫效率。主要用來考核純生產(chǎn)能力，不包括由技術、材料等其它問題所引起的能力損耗。 1）標準工時：標準工時=標準作業(yè)時間+輔助時間? 指在正常情況下，從零件到成品直接影響成品完成的有效動作時間，其包含直接工 時與間接工時。即加工每件（套）產(chǎn)品的所有工位有效作業(yè)時間的總和。? a\標準工時：標準工時=生產(chǎn)一個良品的作業(yè)時間。 b\標準工時=正常工時+寬放時間=正常工時×（1+寬放率） c\工廠使用的寬放率一般在10%～20%，對一些特殊的工種，如體力消耗較大的工種，寬放率可適當放寬一些 d\正常工時是人工操作單元工時+機器自動作業(yè)工時的總和。 2）制定方法：對現(xiàn)有各個工位（熟練工人）所有的有效工作時間進行測定，把所有組成產(chǎn)品的加工工位的工時，考慮車間生產(chǎn)的均衡程度、環(huán)境對工人的影響、以及工人的疲勞生產(chǎn)信息等因素后，計算得到標準工時。 生產(chǎn)率＝（產(chǎn)出數(shù)量×標準工時）÷（日工作小時×直接人工數(shù)）×100%? ′ 第三章 毛坯的制造方法 3.1 確定毛坯的制造形式 零件材料為HT200灰鑄鐵，鑄件有多種分類方法：按其所用金屬材料的不同，分為鑄鋼件、鑄鐵件、鑄銅件、鑄鋁件、鑄鎂件、鑄鋅件、鑄鈦件等。而每類鑄件又可按其化學成分或金相組織進一步分成不同的種類。如鑄鐵件可分為灰鑄鐵件、球墨鑄鐵件、蠕墨鑄鐵件、可鍛鑄鐵件、合金鑄鐵件等；按鑄型成型方法的不同，可以把鑄件分為普通砂型鑄件、金屬型鑄件、壓鑄件、離心鑄件、連續(xù)澆注件、熔模鑄件、陶瓷型鑄件、電渣重熔鑄件、雙金屬鑄件等。其中以普通砂型鑄件應用最多，約占全部鑄件產(chǎn)量的80%。而鋁、鎂、鋅等有色金屬鑄件，多是壓鑄件。 3.2毛坯尺寸公差 由表（2-5-1）得灰鑄鐵刀具切入金屬層的厚度應大于表面層厚度，即大于1mm，小于4mm。 由HT200，確定灰鑄鐵精度等級為2級（指尺寸精度和表面光潔度要求較高，或者大批、中批生產(chǎn)的鑄件。 第四章 零件的工藝設計 4.1 零件的工藝設計 從零件圖可以看出，它有八組加工表面，現(xiàn)分述如下： 1、底面 2、2×Φ20孔 3、Φ120前后端面 4、Φ100H7孔 4.2 工藝規(guī)程的設計 4.2.1 基準的選擇 1、精基準的選擇 選擇精基準時要考慮的主要問題是如何保證設計技術要求的實現(xiàn)以及裝夾準確、可靠、方便。 1）用設計基準作為定位基準，實現(xiàn)“基準重合”，以免產(chǎn)生基準不重合誤差。 2）當工件以某一組精基準定位可以較方便地加工很多表面時，應盡可能采用此組精基準定位，實現(xiàn)“基準統(tǒng)一”，以免生產(chǎn)基準轉換誤差。 3）當精加工或光整加工工序要求加工余量盡量小而均勻時，應選擇加工表面本身作為精基準，即遵循“自為基準”原則。該加工表面與其他表面間的位置精度要求由先行工序保證。 4）為獲得均勻的加工余量或較高 的位置精度，可遵循“互為基準”、反復加工的原則。 5）有多種方案可供選擇時應選擇定位準確、穩(wěn)定、夾緊可靠，可使夾具結構簡單的表面作為精基準。 根據(jù)零件的技術要求和裝配要求，選擇的34左端面、2-24凸臺面、34外圓面及54外圓面作為定位基準，零件上有許多表面都可以采用它作為基準進行加工，即遵循“基準統(tǒng)一”原則。 2、粗基準的選擇 1）如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面 之間的位置要求，應以不加工表面作為粗基準。如果在工件上有很多不需加工的表面，則應以其中與加工面位置精度要求較高的表面作粗基準。 2）如果必須首先保證工件某重要表面的加工余量均勻，應選擇該表面作精基準。 3）如需保證各加工表面都有足夠的加工余量，應選加工余量較小的表面作粗基準。 4）選作粗基準的表面應平整，沒有澆口、冒口、飛邊等缺陷，以便定位可靠。 5）粗基準一般只能使用一次，特別是主要定位基準，以免產(chǎn)生較大的位置誤差。 4.2.2 制定工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能型機床配以專用夾具，并盡量使工序集中在提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降下來。 最終工藝路線方案： 工序01：金屬性澆鑄 工序02：時效處理以消除內(nèi)應力 工序03：粗銑、半精銑底面 工序04：鉆2×Φ20孔 工序05：粗銑、半精銑Φ120前后兩端面 工序06：粗鏜、半精鏜、精鏜Φ100H7孔 工序07：鉗工去毛刺 工序08：檢驗至圖紙要求 工序09：包裝、入庫 4.2.3 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 1. 底面的加工余量 已知鑄件尺寸公差為CT8級，加工余量為MA-D級，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4得，鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,粗糙度Ra=3.2，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-8知，兩步銑削（粗銑、半精銑）即可滿足其精度要求。 粗銑 單邊余量Z=1.5mm 半精銑 單邊余量Z=0.5mm 2.2×Φ20孔的加工余量 因孔的尺寸不大，故采用實心鑄造，而孔精度等級為8級，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.3-8知，一步鉆削即可滿足其精度要求。 3. Φ120前后兩端面的加工余量 已知鑄件尺寸公差為CT8級，加工余量為MA-D級，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4得，鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,粗糙度Ra=3.2，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-8知，兩步銑削（粗銑、半精銑）即可滿足其精度要求。 粗銑 單邊余量Z=1.5mm 半精銑 單邊余量Z=0.5mm 4. Φ100H7孔的加工余量 已知鑄件尺寸公差為CT8級，加工余量為MA-D級，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表2.2-4得，鑄件的單邊加工余量Z=2.0mm,粗糙度Ra=1.6，查《機械制造工藝設計簡明手冊》表1.4-8知，三步鏜削（粗鏜、半精鏜、精鏜）即可滿足其精度要求。 粗鏜 單邊余量Z=1.0mm 半精鏜 單邊余量Z=0.4mm 精鏜 單邊余量Z=0.1mm 4.2.4 確定切削用量及基準工時 工序01：金屬性澆鑄 工序02：時效處理以消除內(nèi)應力 工序03：粗銑、半精銑底面 工步一：粗銑底面 1、選擇刀具 刀具選取硬質合金端面銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，且表面粗糙Ra6.3，要求不高，故可在一次走刀內(nèi)銑完，則 2）決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X52K型立式銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選?。?75 當＝475r/min時 按機床標準選取 3）計算工時 切削工時： ，， 則機動工時為 工步二：半精銑底面 1、選擇刀具 刀具選取硬質合金端面銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，且表面粗糙Ra3.2，要求不高，故可在一次走刀內(nèi)銑完，則 2）決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X52K型立式銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選?。?00 當＝600r/min時 按機床標準選取 3）計算工時 切削工時： ，， 則機動工時為 工序04：鉆2×Φ20孔 選用高速鋼錐柄麻花鉆（《工藝》表3.1－6） 由《切削》表2.7和《工藝》表4.2－16查得 （《切削》表2.15） 478r/min 按機床選取n=500r/min 切削工時： ，， 則機動工時為 工序05：粗銑、半精銑Φ120前后兩端面 工步一：粗銑Φ120前后兩端面 1、選擇刀具 刀具選取硬質合金立銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，且表面粗糙Ra6.3，要求不高，故可在一次走刀內(nèi)銑完，則 2）決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X52K型立式銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選?。?75 3）計算工時 切削工時： ，， 則機動工時為 工步二：半精銑Φ12前后兩端面 1、選擇刀具 刀具選取硬質合金立銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1）決定銑削深度 因為加工余量不大，且表面粗糙Ra3.2，要求不高，故可在一次走刀內(nèi)銑完，則 2）決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X52K型立式銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選?。?00 3）計算工時 切削工時： ，， 則機動工時為 工序06：粗鏜、半精鏜、精鏜Φ100H7孔 工步一：粗鏜Φ97孔至Φ99 所選刀具為YT5硬質合金、直徑為20mm的圓形鏜刀。 1） 確定切削深度 2） 確定進給量 根據(jù)表1.5，當粗鏜鑄件、鏜刀直徑為20mm、2mm，鏜刀伸出長度為34mm時， =0.15～0.30mm/r 按T68機床的進給量（表4.2-21），選擇 =0.27mm/r 3） 確定切削速度 按表1.27的計算公式確定 式中 =550，m=0.2,=0.15, =0.2, T =60min, 則 128.7m/min =414r/min 按T68機床上的轉速，選擇 4） 基本時間 選鏜刀的主偏角=45°，則=1.0mm，=40mm，=4mm，=0， =0.27mm/r,， 工步二：半精鏜Φ99孔至Φ99.8 所選刀具為YT5硬質合金、直徑為20mm的圓形鏜刀。 1）確定切削深度 2）確定進給量 根據(jù)表1.5，當半精鏜鑄件、鏜刀直徑為20mm、2mm，鏜刀伸出長度為34mm時， =0.15～0.30mm/r 按T68機床的進給量（表4.2-21），選擇 =0.19mm/r 3）確定切削速度 按表1.27的計算公式確定 式中 =550，m=0.2,=0.15, =0.2, T =60min, 則 143m/min =456r/min 按T68機床上的轉速，選擇 4）基本時間 選鏜刀的主偏角=45°，則=0.4mm，=40mm，=4mm，=0， =0.19mm/r,， 工步三：精鏜Φ99.8孔至Φ100H7 所選刀具為YT5硬質合金、直徑為20mm的圓角鏜刀。 1）確定切削深度 2）確定進給量 根據(jù)表1.5，當精鏜鑄件、鏜刀直徑為20mm、2mm，鏜刀伸出長度為34mm時， =0.15～0.30mm/r 按T68機床的進給量（表4.2-21），選擇 =0.15mm/r 3）確定切削速度 按表1.27的計算公式確定 式中 =650，m=0.2,=0.15, =0.2, T =60min, 則 195m/min =621r/min 按T68機床上的轉速，選擇 4）基本時間 選鏜刀的主偏角=45°，則=0.1mm，=40mm，=4mm，=0， =0.15mm/r,， 工序07：鉗工去毛刺 工序08：檢驗至圖紙要求 工序09：包裝、入庫 第五章 鉆床夾具設計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。 由指導老師的分配，決定設計工序04：鉆2×Φ20孔的專用夾具。 5.1專用夾具的提出 本夾具主要用于鉆2×Φ20孔，粗糙度為Ra6.3，精度要求不高，故設計夾具時主要考慮如何提高生產(chǎn)效率。 5.2定位元件及夾緊元件的選擇 本工序選用的定位基準工件Φ120后端面和Φ100孔及工件一側定位，所以相應的夾具上的定位元件應是心軸和A型固定式定位銷。因此進行定位元件的設計主要是心軸和A型固定式定位銷，在心軸的螺桿上用帶肩螺母進行夾緊。 選擇工件Φ120后端面和Φ100孔及工件一側定位，對應的定位元件為心軸和A型固定式定位銷。 1、 Φ120左端面與心軸相配合限制三個自由度，即X軸移動、Y軸轉動和Z軸轉動。 2、 Φ100孔與心軸相配合限制兩個自由度，即Y軸移動和Z軸移動。 3、 工件一側與A型固定式定位銷相配合限制一個自由度，即X軸轉動， 工件六個自由度被完全限制，屬于完全定位 5.3切削力和夾緊力的計算 查表4得切削力計算公式： 式中，f=1mm/r,查表得 =736MPa, 即==1547N 所需夾緊力，查表5得，，安全系數(shù)K= 式中為各種因素的安全系數(shù)，查表得： K==1.872，當計算K<2.5時，取K=2.5 孔軸部分由M20螺母鎖緊，查表得夾緊力為12360N ==30900N 由上計算得》，因此采用該夾緊機構工作是可靠的。 5.4定位誤差分析 1、 基準位移誤差 由于定位副的制造誤差或定位副配合同間所導致的定位基準在加工尺寸方向上最大位置變動量，稱為基準位移誤差，用表示。 工件以Φ12后端面和Φ12孔及工件內(nèi)環(huán)來定位來定位，銑叉口內(nèi)側面，如果工件內(nèi)孔直徑與軸外圓直徑做成完全一致，做無間隙配合，即孔的中心線與軸的中心線位置重合，則不存在因定位引起的誤差。但實際上，軸和工件內(nèi)孔都有制造誤差，于是工件套在軸上必然會有間隙，孔的中心線與軸的中心線位置不重合，導致這批工件的加工尺寸H中附加了工件定位基準變動誤差，其變動量即為最大配合間隙。按下式計算 式中 ——基準位移誤差，mm ——孔的最大直徑，mm ——軸的最小直徑，mm =0.0355mm 2、 基準不重合誤差 加工尺寸h的基準是外圓柱面的母線上，但定位基準是工件圓柱孔中心線。這種由于工序基準與定位基準不重合導致的工序基準在加工尺寸方向上的最大位置變動量，稱為基準不重合誤差，用表示?；鶞什恢睾险`差為= 式中 ——基準不重合誤差，mm ——工件的最大外圓面積直徑公差，mm = 度要求。 5.5鉆套的設計 加工2×Ф20孔，需鉆孔，因為精度不高，鉆孔之后沒有其它工序，故選用可換鉆套（其結構如下圖示）。根據(jù)工藝要求：。即用Φ20的麻花鉆鉆孔。查機床夾具標準件可知Φ20相配的快換鉆套的具體結構如下 具體的尺寸如下 因為鉆套和夾具體是間隙配合，加工的時間鉆套靠壓緊螺釘把他壓緊在鉆模板上，以防止加工的時間工件的旋轉，有上圖可知和鉆套相配的螺釘?shù)某叽鐬镸8，查機床夾具標準件可知，M8鉆套壓緊螺釘?shù)木唧w結構如下 具體的尺寸如下 5.6夾具設計及操作簡要說明 如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動生產(chǎn)率避免干涉。應使夾具結構簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為鉆床夾具，選擇在心軸的螺桿上用帶肩螺母進行夾緊。本工序為鉆削余量小，鉆削力小，所以一般的手動夾緊就能達到本工序的要求。 19 致 謝 這次課程設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經(jīng)驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了課程設計。 這次課程設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下他的休息時間，耐心地幫助我解決技術上的一些難題，他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，他都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，他不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 參考文獻 [1]鄒青 主編 機械制造技術基礎課程設計指導教程 北京： 機械工業(yè)出版社 2004，8 [2]趙志修 主編 機械制造工藝學 北京： 機械工業(yè)出版社 1984，2 [3]孫麗媛 主編 機械制造工藝及專用夾具設計指導 北京：冶金工業(yè)出版社 2002，12 [4]李洪 主編 機械加工工藝手冊 北京： 北京出版社 1990，12 [5]鄧文英 主編 金屬工藝學 北京： 高等教育出版社 2000 [6]黃茂林 主編 機械原理 重慶： 重慶大學出版社 2002，7 [7]丘宣懷 主編 機械設計 北京： 高等教育出版社 1997 [8]儲凱 許斌 等主編 機械工程材料 重慶： 重慶大學出版社 1997，12 [9]廖念釗 主編 互換性與技術測量 北京： 中國計量出版社 2000，1 [10]樂兌謙 主編 金屬切削刀具 北京： 機械工業(yè)出版社 1992，12 [11]李慶壽 主編 機床夾具設計 北京： 機械工業(yè)出版社 1983，4 [12]陶濟賢 主編 機床夾具設計 北京： 機械工業(yè)出版社 1986，4 [13]機床夾具結構圖冊 貴州：貴州人民出版社 1983，7 [14]龔定安 主編 機床夾具設計原理 陜西：陜西科技出版社，1981,7 [15]李益民 主編 機械制造工藝學習題集 黑龍江： 哈兒濱工業(yè)大學出版社 1984, 7 [16]周永強等 主編 高等學校畢業(yè)設計指導 北京： 中國建材工業(yè)出版社 2002,12