机械制造基础课程.docx

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1、机械制造基础课程实验指导书机电设备系设备教研室二OO四年四月前S为了更好地完成机械制造基础课程教学,培养提高学生理论联系实际与实践动手能力，根据机械制造基础课程教学大纲对实验教学要求，编写本实验指导书。实验指导书包含实验指导与报告书两部分。其中指导书部分介绍了实验目的与要求、实验设备及仪器、实验原理、实验步骤等；报告书部分要紧有实验数据记录、处理，分析及思考题等。本教材由吴少爽主编，由谢仁明主审。由于水平有限，时间仓促,书中会有很多缺点与错误，恳请各位读者批判指正。编者2004.4实验一拉伸实验1实验二硬度实验11实验三冲击实验17实验四铁碳合金平衡组织分析20实验五热处理实验24实验六碳钢热

2、处理后的显微组织观察27实验七不一致金属的焊接性能31实验八车刀几何角度测量34实验九专用夹具拆装及组合夹具组装实验38实验十数控线切割加工演示实验41附录金相显微镜的使用及金相试样的制备42实验一拉伸实验一.万能材料试验机介绍材料试验的目的，是模仿工程实际中的零件、构件的真实情况，在实验室研究他们的性能。因此，需要将各类零件、构件与不一致的工作情况，在实验室作出再现。作为被测试对象的零件、构件称之试件，应按相似原理制成模型或者试样，并模仿其具体工作条件，作出模拟实验，从而测量试件的承载能力与变形等参数。提供模拟试验、给出稳固参数的设备，称之试验机。试验机品种繁多。假如按照所模拟的工作环境来分

3、，有高温、常温、低温、腐蚀等；假如按照所模拟的载荷情况来分，有静载、动载、冲击、交变等；也能够按照试验机的功能来分，有拉伸、压缩、弯曲、硬度等。在常温、静载拉力试验机上，增设一些附具扩展功能，还能进行压缩、剪切、弯曲等试验。这种多功能的试验机称之万能材料试验机。图1-1所示的是材料力学中通常使用的试验机。图1-1万能材料试验机是由机架、加载系统、测力示值系统、载荷位移记录系统与夹具、附具等五个基本部分所构成。其中以加载系统、测力示值系统与载荷位移记录系统反映了试验机的要紧性能。下列分别阐述这些系统的工作原理与结构。（一）加载系统加载系统的功能是，提供适合于静载荷的力源。这力源务必是稳固的、可控

4、的，而且重合于轴线的轴向力。实现这种力源的机构，通常的液压式与机械式两种。图1.2所示是液压式的加载机构。当高压油泵向油缸送油时,逐步顶起油缸中的活塞,联同传力架将工作台升起。假如试件装入下层空间的夹头中，就向其施加了拉力；若放入上层空间的垫块上，就向试件施加压力。机械式的加载机构，也是使工作台移动，强迫试件伸长或者压缩而施加拉力或者压力。所图1-2图1-3在不一致的，只是工作台由螺杆、螺母筒与蜗轮蜗杆等腰三角形机构所传动。（二）测力、示值系统测力、示值系统的功能，是要随时反映出作用于试件上载荷的数值。它是试验机的心脏部门。机械式与液压式材料试验机，通常都使用如图I.3所示的摆锤式测力、示值系

5、统。二者的区别，仅在于传递拉力Ps的机构不一致。机械式试验机，是由测力杠杆传递PS力；而液压式的，是由测力油缸的活塞传递PS力。因此，它们的测力、示值原理相同。1 .摆锤式测力、示值系统的工作原理。如图1.3所示，试验机作用于试件上的载荷，就是作用在工作油缸上的压力Pw。由于工作油缸与测力油缸相连通，它们的油压强度相等，因此测力油缸的活塞对连杆作用的拉力Ps与Pw成线性关系,又PS便摆杆联同法码扬起摆角的同时，拨杆推动齿杆位移X,从而带动齿动使指针转动。因此，指针转动的角度与试验机的作用力PW也成线性关系。它们的关系式：Pw=cosa0甲（1.1）式中，Q、1、d、h、Sw、SS与预置角都是常

6、量。由（1.1）式可得结论：（1） 试验机的载荷Pw与指针的转角中成线性关系，因此，测力度盘能够以圆等分刻度。（2）当中视为常量（指针指在同一角度时），而Q视为变量，则PW与Q成正比关系，因此，更换祛码重量Q能够得到不一致的测力范围。国产试验机，通常具有三档不一致范围的测力度盘，相应地配有三个不一致重量的祛码。实验时需要正确选择、配合使用。（3）当中视为常量，而L视为变量时，则PW与L成正比关系。因此，更换摆杆L也能够得到不一致的测力范围。2摆锤式测力、示值系统的线性范围。式（1.1）中的载荷PW与指针转角中成线性关系，是在理想状态下成立的，式中没有考虑到摩擦力；支承、夹具、机架受力后的变形；

7、加工装配中几何尺寸的偏差，与各零件之间的间隙等因素的影响，这些都会使PW与中之间产生非线性偏差。当摆杆扬起a角较大（相应指针的转角中也大）时，由于摩擦力引起的非线性误差显著增加，指针临近度盘的满度区域，示值的精度较差。又根据国家对试验机示值精度的规定：以每级测量范围10%开始，但不小于该机最大载荷的4%,误差应在1%以内。可见指针在度盘开始的区域内，精度也较差。实验时，应正确选择度盘的测力范围，通常使需要测量的载荷，最好全落在度盘的10%80%范围内。摩擦力对试验机进程（加载）、回程（卸载）都有影响，而在进回程中引起的是双倍误差。因此，试验机加载时，务必平稳增加，不应忽减。3指针度盘式的示值机

8、构普通材料试验机均为指针度盘式的示值方式。它具有二根示值指针：一根是主动针，另一根是从动针。假如1.1中所示。当试验加载时，主动针带着从动针随载荷增加而沿刻度值增大方向旋转。当试验终了卸载时，主动针自动回至零位，而从动针停示在终止的力值上，以供充裕时间准确读值。从动针的位置，可由手动调节。4游院自动平衡式测力、示值系统J图1-4国产WJ-IO型万能试验机与NJ型扭转试验机，都使用游鸵自动平衡式的测力机构。这种机构的精度、灵敏度都比摆锤式测力、示值机构的高，如图1.4所示，为该机构的工作原理图。水平杠杆1,支承于O点，由测力杠杆传递的力PS作用于A点，当试验机空载,即Ps=O时，游坨2位于M位置

9、，使杠杆及其悬挂物处于水平平衡状态。当试验机承载，即PsXO时，杠杆失去平衡，B点的位移使传感器4输出电压，通过放大器使伺服电机3转动，拖动游鸵移到一个新的位置N,使杠杆重新恢复水平平衡。根据先后两次平衡重要条件，可得PS与X的线性关系为：式中Q、r、d都是常量。即得指针的转动角度PS与中成线性关系。（三）载荷位移记录系统万能材料试验机的载荷位移记录系统，它的通常机构如图1.5所示。力值的记录：在测力系统的齿杆上装有笔架，记录笔随齿杆的移动而在记录筒上描绘。如使指针转动一圈，记录笔所绘直线的长度，代表该度盘的满度力值。可作为力值的坐位移的记录：试验机上、下夹头之间有相对位移时，绳线通过绳轮带动

10、记录筒转动。记录笔在筒纸上绘出了代表位移的线段。记录筒上的绳轮，通常具有23条不一致直径的线槽，使描绘位移线段的长度，比真实位移放大1、2、4倍。能够选择使用。图1-5力与位移同时记录：当夹头强迫试件伸长的同时，试样不断产生抗力，这时记录笔与记录筒一起动作，二者的合成运动，描绘了力与变形的曲线。应该注意，这机构所记录的变形，并非试样标距内的真实变形，而是试验机上、下两夹头间的位移，其精度较差。假如需要大比例、高精度的P-ZiL曲线图，可应用现代的电子设备，在普通的试验机上，使用传感器直接测量试样的抗力与标距的变形转化为电讯号输出，经放大器接入xy函数记录仪，可得放大倍数为I(X)O以上的精度图

11、线。更先进的记录，是将传感器采集的讯息，经AID转换输入电子计算机，通过计算机数据处理，打印出更精确的数据与曲线图。熟悉试验机的要紧功能，其目的是为了更好地掌握与使用试验机。实验测试的质量，除了试验机本身达到规定的精度外，更重要的是决定于实验者的操作技能。然而，正确、熟练的操作技能，也反映了实验者的水平与能力。各试验机的具体操作方法，在附录中已有全面叙述。关于在实验中将使用的试验机，希认真阅读与掌握。二、拉伸试验中四个要紧指标的测定(一)拉伸试验图通常材料试验机都具有载荷位移记录装置，能够装试样的抗力与变形的关系PAL曲线记录下来。图1-6如图1.6所示，为低碳钢的P-AL曲线图，以说明试样在

12、拉伸全过程中，它抗力与变形的关系。其纵坐标表示载荷P,单位是公斤力(kgf),横坐标表示绝对伸长AL,单位是亳米(mm),整个变化过程，可分为四个阶段：Oa一一弹性阶段。其特征是载荷与伸长成线性关系，即材料服从虎克定律。bd一一屈服阶段。b为上屈服点，C为下屈服点。Cd为屈服平台。dB-强化阶段。沿试样长度产生均匀塑性变形，如今？，且有趋向于零的连续变化,说明试样的抗力其塑性变化为非线性增加,BK一一局部塑性变形阶段。在B点？，载荷达到最大值PB,以后转为？的变化，表示试样抗力下降而变形继续增加，出现颈缩。这时变形局限于颈缩邻近，直到断裂。本实验，需遵照国家标准，测定两个指标：屈服极限。s、强

13、度极限。b与两个塑性指标：伸长率5与面缩率中。(二)屈服极限的测定1 .物理屈服极限。S按国家标准规定，关于有明显屈服现象的材料，其屈服点可借助于试验机测力度盘的指针或者拉伸曲线图来确定。(1)指针法：当测力度盘的指针停止转动时的恒定载荷，或者第一次回转的最小载荷,即为所求屈服点的载荷Pso(2)图示法：在P-ZiL曲线上找出屈服平台的恒定载荷，或者第一次下降的最载荷,即为所求屈服点载荷Ps。如具的上、下屈服的拉伸图，应取下屈服点C点为屈服载荷Ps。由于下屈服点对试验条件的影响较小，其值较稳固。(3)屈服极限的计算GFakgf/mm2式中AO为试样的原始面积2 .条件屈服极限大部分金属材料都不

14、存在明显的屈服现象，在拉伸图上由弹性到弹塑性的过渡是光滑连续的，如图1.7所示。根据国家标准规定：试样在拉伸过程中，标距部分的残余伸长达到原标距长度的0.2%时的应力为条件屈服极限。0.2O图1-7(1)图解法。如图1.7所示的P-AL曲线，在其横坐标上，截取使OD=O.2%1n,从D点作弹性直线段的平行线，交曲线于B点，点B的纵坐标值，即所求的屈服载荷Po.2。式中L为上、下夹头间试件长度，n为夹头位移的放大倍数，应不小于50倍。(2)引伸计法.由引伸计法测出试样在残余变形为0.2%时所对应的载荷值为屈服载荷P0.2o条件屈服极限的计算式为o.2=-kgfm23 .试验条件加载速度对屈服极限

15、有影响，通常加载速度增高时，OS也增高。为了保证所测性能的准确性，通常规定拉伸速度为：(1)屈服前，应力增加的速度为1公斤力/毫米m肝/秒。(2)屈服后，试验机活动夹头移动速度不大于0.5L/分。（三）强度极限的测定根据国家标准规定：向试样连续施加载荷直至拉断。由测力度盘或者拉伸曲线上读出最大载荷值PMaX。抗力强度的计算式为：a二缙kgfmm2(1.5)(四)塑性指标的测定塑性，是指断裂前材料发生塑性变形能力。塑性的量值，是以断裂后的塑性变形的大小来度量。拉伸时的塑性指标，通常以拉断时残余相对伸长6表示，称之伸长率，与断裂时截面相对收缩中表示，称之截面收缩率。1.伸长率的测定先用试样的标距长度LO内，用划线器刻划等间距的标点或者圆周细线10格。每格间距:长试样为IOnInh短试样为5mm。为拉断后量测之用。断后标距部分长度Ll的量测：将试样拉断后的两段，在断口处紧密对齐，尽量使它们的轴线位于同一直线上，按下述方法量测L1：直线法：如断口到邻近的标距端点（或者端线）的距离大于Lo/3时，需移位换算，可直接量测两端点（线）间的距禽L1。移位法：如断口到邻近的标距端点（线）的距离小于或者等于LO/3时，需位移换算。移位换算方法如下：在试样的长段上，如图1