《机制基础》实验指导书.doc

机制基础实验指导书 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途湖北理工学院机械制造基础实验指导书机电工程学院2013。01。实验一 铁碳合金的平衡组织观察实验前的预习问题1 合金与纯金属有何不同？一般而言，机械结构中使用哪一种更多？问题2 什么是铁？什么是钢？他们之间的根本区别在哪里?问题3 什么是平衡状态？现实中可以实现吗？问题4 组织与相有什么不同？铁碳合金中友哪些基本相?有哪几种组织?一、实验目的观察铁碳合金的平衡状态组织。二、实验设备金相显微镜，标准铁碳合金试样.三、实验原理FeFe 3C 相图(图1)是研究碳钢和铸铁的重要工具，也是分析这些合金在平衡状态或接近平衡状态下显微组织的基础。一般而言，含碳量低于0.022%的铁碳含金称为工业纯铁，合碳量高于0。022%而小于2。11的铁碳合金称为碳钢,含碳量大于2.11%的铁碳合金称为白口铸铁。虽然这些铁碳合金在室温下的组成相都是铁素体和渗碳体，但由于各相的形态、数量和分布不同，它们的显微组织有很大差异。图1 FeFe3C相图退火状态下，含碳量小于0。008%工业纯铁的显微组织是单相铁素体(图2)，大于 0。008% 时，工业纯铁的组织为铁素体和极少量的三次渗碳体。三次渗碳体由铁素体中析出，沿铁素体晶界呈片状分布。 图2 退火工业纯铁(含0.01%C）的显微组织 400碳钢(0.0222。11)按含碳量不同可分为共析钢（含碳量0.77)、亚共析钢(含碳量低于0。77%)和过共析钢(含碳量高于0.77）.它们的显微组织分别为：珠光体(片状铁素体及珠光体的机械混合物，二者都呈白亮色,相界呈暗灰色)、先共析铁素体（白亮色）和珠光体（暗黑色）、先共析渗碳体（呈网状分布在珠光体周围）和珠光体(暗黑色）,见图3. 图4共析钢(含0。77C）、亚共析钢(含0。4%C）和过共析钢(含1.2%C)的显微组织 400铸铁是铁碳合金，其碳含量在2。11%以上、而在6.67%以下。白口铸铁只含有渗碳体而不含有石墨，断口呈白亮色,因此而得名。白口铸铁按其含碳量不同可分为共晶（含4.30%C）、亚共晶（低于4。30C）、过共晶（高于4。30%C）三类,其中只有亚共晶白口铸铁有使用价值。它们对应的显微组织分别是莱氏体、先共晶奥氏体和莱氏体、一次渗碳体和莱氏体,见图4。 图4 共晶白口铸铁（含4.30C)、亚共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁的显微组织 400金相显微镜是研究金属显微组织的最基本的仪器。现以国产4x型金相显微镜为例说明其结构（图5a)和成像原理（图5b). 图5 金相显微镜的结构(a)及其成像原理（b）在图5b中,自灯泡1发出一束光线，经过聚光镜2的会聚及反光镜7的反射，将光线均匀地聚集在孔径光栏8上,随后经聚光镜3再度将光线聚焦在物镜6的后面，最后光线通过物镜而使物体表面得到照明.从物体反射回来的光线又通过物镜和补助透镜5，由半反射镜4反射后，在经过辅助透镜10及棱镜11、12等一系列光学元件构成一个倒立放大的实像。但这一实像还必须经过目镜13的再度放大,这样观察者就能从目镜中看到物体表面被放大的像。四、实验内容观察下表中所列试样的显微组织，画下所观察组织的示意图。试样材料含碳量显微组织腐蚀剂工业纯铁（1）0。01%铁素体( F )4%硝酸酒精溶液亚共析钢（2、3、4#）0。45铁素体（ F ）+ 珠光体( P )4%硝酸酒精溶液亚析钢（5）0。77珠光体（ P ）4硝酸酒精溶液过共析钢（6、7#）1。20珠光体（ P ）+ 二次渗碳体（ C m II )4硝酸酒精溶液亚共晶白口铸铁3.00莱氏体（ Le )+ 珠光体( P ）+ 二次渗碳体( C m II ）4%硝酸酒精溶液共晶白口铸铁4.30%莱氏体（ Le ）4硝酸酒精溶液过共晶白口铸铁5.00%莱氏体（ Le )+ 一次渗碳体( C m I )4硝酸酒精溶液五、实验步骤1。 教师讲解实验的目的、内容、要求和注意事项，示范金相显微镜的操作；2. 学生按组在教师指导下试操作金相显微镜，记录其放大倍数;3。 学生按组领取标准金相试样,记录试样的合金成分、状态和各组成相的名称；4. 学生按组观察所领取标准金相试样的金相组织，并记录所观察到的显微组织简图；5。 实验完毕，按组归还金相试样，收好显微镜,做好实验室的清洁卫生，关好门窗水电。六、实验报告1. 写出实验目的、内容、步骤，标明实验仪器。2. 画出所观察样品的显微组织示意图,注明合金成分、状态、放大倍数及各组织组成物名称，说明其特征。3。 写出实验的收获。实验二 常见的热处理工艺和设备实验前的预习问题1 何谓热处理？为什么大多数机械零件需要热处理？问题2 对机械零件力学性能影响最重要的热处理工艺环节是什么？问题3 常见的热处理工艺有哪些？热处理加热温度如何选取？问题4 典型的热处理设备有哪几大部分组成？如何实现热处理温度控制?一、实验目的(1）了解普通箱式电阻炉及其在钢铁热处理中的应用；(2）了解热处理对钢铁性能的影响，更深入地建立“成分-组织-性能之间的清晰联系,为日后正确选用机械零件的热处理工艺打好基础。二、实验设备（1)SX2-2.5-12型箱式电阻炉；（2）普通砂轮机；(3）MC010-HRS-150型数显洛氏硬度仪或MC010-HBE-3000A型布氏硬度计。三、实验学时2学时。四、实验分组不超过15人/组.五、实验提要将碳素钢实验样品放置在普通箱式电阻炉中,加热到奥氏体化温度并保温一定时间,然后以不同的速度冷却，可以得到从珠光体到马氏体的多种不同组织（当然，试样表层也会氧化），磨掉试样的氧化层后，测试同一钢种、不同速度冷却之后的硬度值,从实验可以得出冷速越快、试样硬度越高的实验结论。箱式电阻炉是最通用的普通热处理设备,一般由箱体、炉胆、加热元件（电阻丝）、控制仪表四大部分组成，其中箱体是整个设备的支承壳体，炉胆的内腔构成放置试样的炉膛,加热所需要的能量由加热元件提供，控制仪表可以实现对加热温度和速度进行合适的控制。普通碳素钢是最常见的钢铁材料,将其加热到奥氏体化温度以后,以不同的速度冷却，可以得到从粗大珠光体、细小珠光体（索氏体、屈氏体）、贝氏体甚至马氏体等各种转变组织（见图1）， 性能相应地产生变化:强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性则逐步降低.图1 钢铁材料加热和冷却时的组织转变图本实验使用的是尺寸为1020mm3的45#碳素钢试样，查得其临界点Ac1=724,Ac3=780，所以选取保温温度为85010，保温时间为10分钟，工艺曲线见图2。图2 45碳素钢热处理工艺曲线六、注意事项（1）电阻炉用交流电供热,砂轮机高速转动，这都是潜在的不安全因素，全体师生都必须高度注意人身和设备安全。(2）在普通箱式电阻炉里加热碳素钢试样，其氧化层有一定的厚度，因而试样必须相应磨掉一定厚度，以保证测得的硬度真实可靠。（3）实验报告要求a. 写出实验目的、内容、步骤,标明实验仪器.b. 画出热处理工艺曲线图，指明试样的冷却方式，记录试样热处理以后测得的洛氏硬度值。c。 写出实验的结果和收获。实验四 典型零件的机械加工工艺编制实验前的预习问题1 为什么机械零件一般要经过机械加工？常用的机械加工工艺有哪些?问题2 粗加工、精加工有什么不同？所用刀具和工艺参数相同吗？问题3 一般来说，热处理工序应当安排在哪两个环节之间?问题4 黑色金属、有色金属的机械加工有什么不同？一、实验目的（1)了解不同加工工艺的特点和适应范围；（2）可以根据轴类、盘（套）类机械零件的形状特征选用合适的加工机械；（3）能够编制轴类、盘（套）类机械零件的加工工艺。二、实验设备无。三、实验学时2学时。四、实验分组45人/组。五、实验提要轴类、盘（套）类零件是典型的机械零件，需要利用车床、铣床、刨床、磨床、钻床等加工机械，加工顺序和加工余量对生产合格零件有着重要影响。本实验就是针对具体的轴类或盘（套)类零件的具体情况，进行加工工艺设计、加工装备选择。通过实验,增强学生对实际机械零件加工的感性认识，巩固理论学习的成果。轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷.轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径,一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等)，以获得一定的强度、韧性和耐磨性.轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。本实验的传动轴加工划分为三个阶段：粗车，精车和磨削三个阶段。其加工工艺过程卡如下.零件名称零件简图备注传动轴材料45钢，调质处理到2832HRc序号工序名称工序内容定位与夹紧1下料下28mm棒料，长度270mm2粗车粗车端面，钻中心孔粗车25外圆,留加工余量0.8mm，长度195mm三爪卡盘，顶尖粗车左端M20外径，留加工余量0。8mm，长度达到图纸要求三爪卡盘，顶尖车退刀槽调头,粗车端面，钻中心孔三爪卡盘粗车右端M20外径，留加工余量0.8mm,长度达到图纸要求三爪卡盘，顶尖车退刀槽3钳工去毛刺4检验中间检验5热处理调质处理到2832HRc6精车精车25外圆,留磨削余量0.2mm精车M20螺纹到图纸要求调头，精车另一端M20螺纹到图纸要求7钳工画线，键槽8铣削铣键槽9钳工去毛刺、锐边修研中心孔10磨削磨25外圆，达到图纸要求11检验成品检验套筒类零件的加工工艺根据其功用、结构形状、材料和热处理以及尺寸大小的不同而异。就其结构形状来划分，大体可以分为短套筒和长套筒两大类。本实验的轴承套属于短套筒类零件，轴承套外圆精度不高，采用精车可以满足要求；内孔精度也不高，采用铰孔可以满足要求。其加工工艺过程卡如下。产品名称零件简图备注轴承套材料锡青铜ZQSn6-6-3序号工序名称工序内容定位与夹紧1备料用45mm棒料，按5件合一加工下料2钻中心孔车端面，钻中心孔调头车另一端面，钻中心孔三爪夹外圆3粗车车外圆42长度为6.5mm，车外圆34js7为35.5mm车退刀槽20.5mm；取总长40.5mm，车分割槽203mm，两端倒角1。545，5件同加工，尺寸均相同中心孔4钻孔钻孔22H7至22mm成单件软爪夹42mm外圆5车、铰车端面,取总长至40mm车内孔22H7为22mm,车内槽2416mm至尺寸铰孔22H7至尺寸，孔两端倒角软爪夹42mm外圆6精车车34js7（0.012）mm至图纸规定尺寸22H7孔心轴7钻孔钻径向油孔4mm34mm外圆及端面8检验成品检验而衬套在机械加工中的主要工艺问题是保证内外圆的相互位置精度（即保证内、外圆表面的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求)和防止变形。因而，尽可能在一次安装中加工内外圆表面与端面。本实验的衬套加工工艺过程卡如下。零件名称零件简图备注衬套材料35钢序号工序名称工序内容定位与夹紧1备料用42x3。5无缝钢管，按5件合1下料切断2粗车加工端面粗加工39外圆表面,留加工余量1mm三爪卡盘3精车精加工39外圆到图纸要求，倒角精加工33孔到图纸要求，倒角三爪卡盘4切断切断成单件三爪卡盘5车端面加工另一端面，并倒角三爪卡盘6钻孔钻润滑油孔7加工油槽精加工34孔到尺寸,成油槽三爪卡盘8检验成品检验液压缸是典型的长套筒零件.为保证活塞在液压缸内移动顺利,内孔有圆柱度要求，对内孔轴线有直线度要求，内孔轴线与两端面间有垂直度要求,内孔轴线对两端支承外圆（82h6）的轴线有同轴度要求。除此之外还要求内孔必须光洁无纵向刻痕.液压缸的材料一般有铸铁和无缝钢管两种.此例选无缝钢管制作液压缸。本实验的液压缸加工工艺过程卡如下。产品名称零件简图备注液压缸材料20钢序号工序名称工序内容定位与夹紧1备料用90x12无缝钢管，切断2粗车车82外圆到88及M881。5螺纹(工艺用）一夹一顶车端面及倒角三爪夹一端,中心架托88mm处调头，车82外圆到84三爪夹一顶车端面及倒角取总长1686，留加工余量1mm三爪卡盘夹一端，搭中心架托88mm处3深孔推镗半精镗孔70到68一端用M881。5mm螺纹固定在夹具中，另一端搭中心架精镗孔70到69。85精铰孔70（浮动镗刀镗孔）到70，表面粗糙度值达到2.5m4滚压孔用滚压头滚压孔至70,表面粗糙度达到要求一端用螺纹固定在夹具中，另一端搭中心架5车车去工艺螺纹，车孔82到尺寸，割R7槽软爪夹一端，以孔定位顶另一端镗内锥孔130车端面软爪夹一端,中心架托另一端(百分表找正孔)调头，车孔82到尺寸，割R7槽软爪夹一端，顶另一端镗内锥孔130及车端面同上6检验成品检验图1 某减速机轴零件简图图2 某手柄零件简图图3 某端盖零件简图图4某阀盖零件简图 图5导料卸料板简图 图6 某支架零件简图六、注意事项(1）实验在教师指导下,由学生分组完成，在实验过程中提倡同学之间互相启发、共同讨论,大家提高.(2)实验报告要求a. 写出实验目的、内容、步骤。b。 写出指定的轴类或盘(套）类机械零件的制造工艺，标明工艺顺序、加工设备、加工余量等。c. 写出实验的结果和收获。