金属的力学性能教案.doc

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金属材料与热处理

陈健

10中职（3）班、（四）班

2011-02-28至03-4

4

§2-2 金属的力学性能

（1）、掌握金属力学性的基本概念。
（2）、了解各力学性能的衡量指标。

刃

理解力学性能的基本概念。

对拉伸曲线各阶段分析。

挂图

习题册P5，填空题1-15和P6的判断题

金属力学的五大指标：
强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。

讲授、提问引导、图片展示、举例分析、
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§2-2金属的力学性能；
各种机械零件或工具在使用过程中都要受到各种形式外力的作用。如弯矩、扭力的作用。这就要求金属材料必须具有一定的承受机械载荷而不超过许可变形或不破坏的能力，这种能力说是金属材料力学性能。
用金属材料力学性能指标来衡量：
有五大指标：强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。
一、强度：金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力，称为强度，强度的大小用应力表示。多以抗拉强度作为判别强度高低的指标。
拉伸试验过程的四个特殊阶段：弹性变形阶段、屈服阶段、强化阶段、缩颈阶段。
强度指标：
a.弹性极限：Re=Fe/So
b.屈服强度：Rs=Fs/So
试样产生屈服现象时所承受的应力。它是机械设计的主要依据。
c.抗拉强度：Rm=Fm/So
材料在拉断前所承受的最大应力。Fm是试样承受的最大载荷。

二、塑性：金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。
有两个指标：
由拉伸试验测得，其指标包括：
伸长率：A=Lu-Lo/Lox100%
Lu:试样拉断后的标距长度，mm
Lo: 试样原始标距长度，mm
断面收缩率：Z=So-Su/Sox100%
So:试样原始横截面面积；
Su:试样拉断后缩颈处的横截面积。

三、 硬度：材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。
它是衡量材料软硬程度的指标。常用的有布氏硬度(HBW)和洛氏硬度(HR)

四.冲击韧性：金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为韧性。用符号ak表示。

五、疲劳强度：金属材料抵抗交变载荷作用而不产生破坏的能力称为疲劳强度。
用符号R-1表示。
重要提示：疲劳失效与静载荷下的失效不同，断裂前没

有明显的塑性变形，发生断裂也较突然。这种断裂具有很大的危险性，常常会造成严重的事故。
例子说明
1 、1998年6月3日，德国发生了战后最惨重的一起铁路交通事故。一列高速列车脱轨，造成100多人遇难。

2 、2007年11月2日，一架美军 F-15C鹰式战斗机在做空中缠斗飞行训练时，飞机突然凌空解体，一份调查结果表明，飞机的关键支撑构件——桁梁出现了金属疲劳问题。

 3 、 2002年5月25日，台湾华航的一架波音747客机在执行台北到香港的CI611航班途中，坠毁于澎湖外海，机上225名乘客与机组人员全部遇难。经调查证实，失事原因是金属疲劳断裂，金属疲劳裂纹竟源自1980年2月7日飞机起飞时擦地产生的刮痕。后来飞机进行维修时，刮痕并未刨光即补上补钉，金属疲劳裂纹就沿着刮痕产生。

思考题：

.某厂购进一批40号钢材，按国家标准规定其力学性能指标不低于：Rs340MPa,Rb540MPa,A19%,Z45%。验收时制成Do=10mm的短试样（长50mm)
做拉伸试验：当载荷达到28260N时，试样产生屈服现象；载荷加至45530N时，试样被拉断。拉断后标距长为60.5mm.断裂处直径为7.3mm。
试计算这批钢材是否合格？

一边刃口磨好后，再磨另一边刃口，必须保证刃口在钻头轴线的中间，两边刃口要对称。有经验的师傅会对着亮光察看钻尖的对称性，慢慢进行修磨。钻头切削刃的后角一般为10°-14°，后角大了，切削刃太薄，钻削时振动厉害，孔口呈三边或五边形，切屑呈针状；后角小了，钻削时轴向力很大，不易切入，切削力增加，温升大，钻头发热严重，甚至无法钻削。后角角度磨的适合，锋尖对中，两刃对称，钻削时，钻头排屑轻快，无振动，孔径也不会扩大。
5、保证刃尖对轴线，两边对称慢慢修。
一边刃口磨好后，再磨另一边刃口，必须保证刃口在钻头轴线的中间，两边刃口要对称。有经验的师傅会对着亮光察看钻尖的对称性，慢慢进行修磨。钻头切削刃的后角一般为10°-14°，后角大了，切削刃太薄，钻削时振动厉害，孔口呈三边或五边形，切屑呈针状；后角小了，钻削时轴向力很大，不易切入，切削力增加，温升大，钻头发热严重，甚至无法钻削。后角角度磨的适合，锋尖对中，两刃对称，钻削时，钻头排屑轻快，无振动，孔径也不会扩大。
6、两刃磨好后，对直径大一些的钻头还要注意磨一下钻头锋尖。 钻头两刃磨好后，两刃锋尖处会有一个平面，影响钻头的中心定位，需要在刃后面倒一下角，把刃尖部的平面尽量磨小。方法是将钻头竖起，对准砂轮的角，在刃后面的根部，对着刃尖倒一个小槽。这也是钻头定中心和切削轻快的重要一点。注意在修磨刃尖倒角时，千万不能磨到主切削刃上，这样会使主切削刃的前角偏大，直接影响钻孔。
当然，磨钻头没有一定的定式，需要在实际操作中积累经验，通过比较、观察、反复试验，定会把钻头磨得更好。

提示：起重机上的钢索悬吊物的拉力等。

提要：见书P17伸长曲线图及拉伸试验机。

提示：一般机件都是在弹性状态下工作，不允许有微小的塑性变形，更不允许工作应力大于Rm

提示：见书P19硬度试验机的测量方法。

用一次摆锤冲击弯曲试验来测定。

提要：
五种指标见P24表中小结

提示：见书P23的例子》

提要：
通过演示让学生知道什么是工件运动及工件车削过程中形成的三个表面。

提要：
结合上述所学车床结构及传动，边演示边讲

提要：
校正时用划线盘。注意使用透光法校正 。

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车削一般轴类工件，尤其是较重的工件时，可将工件的一端用三爪卡盘或四爪单动卡盘夹紧，另一端用后顶尖支顶（见图1），这种装夹方法为一夹一顶装夹。有两装夹方法如下：
① 为防止进给力的作用使工件产生轴向位移，在主轴前锥孔内装限位。
② 利用工件的台阶进行限位。
4、两顶尖装夹

图2
这种装夹方法适用于较长的工件或必须经过多次装夹才能加工好的工件。
优点 ： 装夹方便，不需找正，装夹精度高。
缺点： 刚度低，影响切削用量的提高。
使用一夹一顶装夹和用两顶尖装夹工件时应注意事项：
（1） 轴线要一至。
（2） 尾座套筒尽量缩短
（3） 中心孔形状要正确，粗糙度小
（4） 用死顶尖时要用黄油润滑。
（5） 配合松紧合适。

见车工工艺书P33
图2——22

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二 中心钻及顶尖
1、中心孔的形状和作用
A型 圆锥孔和圆柱孔组成，锥角为60度
B型 在A型上加一个120度护锥。
C型 在B型上加一个螺孔。
R型 A型相似，把圆锥面改成60度圆弧面。
中心孔折断的原因和预防：
① 轴线与旋转中心不一致。
② 工件端面不平。
③ 切削用量选用不合适
④ 中心钻磨钝
⑤ 没有充分浇注切削液或排屑不及时。
2、顶尖
常用的顶尖有死顶尖和活顶尖两种，如图3所示。

（固定顶尖） 图3 （回转顶尖）
① 前顶尖 工作时前顶尖随同工件一起旋转，与中心孔无相对运动，因此不产生摩擦。
② 后顶尖 有固定和回转两种，固定顶尖适用低加工精度 较高的工件。回转顶尖能高速工作，但有积累误差。

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车工工艺

陈健

08数控（1），（2）

2

轴类工件的检测

1. 掌握游标卡尺和千分尺的使用。
2. 了解游标卡尺和千分尺的结构。

1. 游标卡尺的读数方法。
2. 分千尺的读数方法。

读数的三个步骤

游标卡尺和千分尺

习题集P17—19

1. 游标卡尺和千分尺的检测要求。
2. 游标卡尺上量爪和下量爪的应用。
3. 读数主法。

讲授与示范
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一 长度单位
国家标准规定，在机械工程图样中所标注的线性尺寸一般以毫米（mm）为单位..
二 游标卡尺
游标卡尺是车工最常用的中等精度的通用量具，其结构简单，使用方便。
游标卡尺可分为三用游标尺和双面游标卡尺。
1、游标卡尺的结构：

① 由上量爪、下量爪、紧固螺钉、游标、尺身、深度尺、微调查装置、等组成的。
② 使用范围：使用时，旋松紧固螺钉即可测量。下量爪测量外径和长度，上量爪测量孔径和槽宽，深度尺是测量工件的深度和台阶。

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2、游标卡尺的读数方法
测量范围分为0 ～ 125；0 ～ 150；0 ～ 200；0 ～ 300等，以游标的“0”线为基准进行读数的。分为三个步骤：
① 首先读出尺身上游标“0”线左边的整数毫米值。
② 用与尺身某刻线对齐的游标上的刻线格数乘以游标的读数值。
③ 整数加小数既为被测表面的尺寸。
三 千分尺
1、千分尺的结构：

它是由尺架、固定测砧、测微螺杆、测力装置和锁紧装置组成的。
2、千分尺的读数方法

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千分尺的固定套管上刻基准线，在基准线的上下侧有两排刻线，上下两条相邻刻线的间距为每格0.5mm。微分筒的外圆锥面上刻有50格刻度，微分筒每转动一格，测微螺杆移动0.01mm,所以千分尺的分度值为0.01mm。千分尺的读数分为三个步骤：
① 读出固定套筒上露出刻线的整数毫米数和半毫米数。
② 读出与固定套管基准线对准的微分筒上的格数，并乘以分度值0.01mm.
③ 两项相加即为被测量表面的尺寸。