金工實習-第一章課件

第1章

金工實習基礎知識1.1安全文明生產(chǎn)1.2常用工程材料1.3常用量具

第1章金工實習基礎知識1.1安全文明生產(chǎn)11.1安全文明生產(chǎn)“金工實習”是工科類機械系列課程的重要組成部分，是門實踐性極強的專業(yè)基礎課程，必須通過獨立操作才能體會到有關金屬加工的基本理論和基本工藝。由于實訓過程必須通過學生的實際動手操作才能完成教學任務，學生經(jīng)常要接觸到銳利的工具或旋轉機械，如果在實訓過程中不嚴格遵守操作規(guī)程或缺乏安全知識，很容易發(fā)生人身安全事故或設備安全事故，因此，在實訓過程中必須遵守安全操作規(guī)程，并做到：1.1安全文明生產(chǎn)“金工實習”是工科類機械系列課程的重要21.1安全文明生產(chǎn)①進入實訓場所必須穿工作服，女生要戴工作帽，長發(fā)要壓入帽內(nèi)，不準穿拖鞋、涼鞋、高跟鞋進入實訓場所。②虛心聽從實訓教師的指導，注意聽講和操作示范。③嚴格按指定地點、工位實訓，不得隨意串崗、離崗、追打嬉鬧。④機械設備未經(jīng)許可嚴禁擅自動手操作。⑤設備使用前要進行檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報告。⑥機械設備必須遵守操作規(guī)程，嚴禁兩人同時操作一臺機床。⑦機床開動后不得用手觸摸旋轉工件和刀具，不得在工件未停止轉動前測量尺寸。⑧不得用手直接清除鐵屑和摸工件毛刺。⑨使用電器設備，必須嚴格遵守安全用電規(guī)程，防止觸電。⑩安全文明生產(chǎn)，工作結束要打掃機床和工作場所，工件、量具、刀具應擺放整齊。1.1安全文明生產(chǎn)①進入實訓場所必須穿工作服，女生要戴31.2常用工程材料1.2.1常用工程材料的分類金屬材料非金屬材料復合材料黑色金屬材料有色金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料碳素鋼、合金鋼、鑄鐵等鋁、鎂、銅、鋅及其合金等水泥、陶瓷、玻璃等合成高分子材料（塑料、合成纖維、合成橡膠等）天然高分子材料（木材、紙、纖維、皮革等）金屬基復合材料、塑料基復合材料、橡膠基復合材料、陶瓷基復合材料等1.2常用工程材料1.2.1常用工程材料的分類金屬材4工程材料按照用途可分為兩大類，即結構材料和功能材料。結構材料通常指工程上對硬度、強度、塑性及耐磨性等力學性能有一定要求的材料，主要包括金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及復合材料等。功能材料是指具有光、電、磁、熱、聲等功能和效應的材料，包括半導體材料、磁性材料、光學材料、電介質(zhì)材料、超導體材料、非晶和微晶材料、形狀記憶合金等。工程材料按照應用領域還可分為信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料和航空材料等多種類別。1.2.1常用工程材料的分類工程材料按照用途可分為兩大類，即結構材料和功能材料。結構材料5工程材料具有許多良好的性能，因此被廣泛地應用于制造各種構件、機械零件、工具和日常生活用具等。為了正確地使用工程材料，應充分了解和掌握材料的性能。通常所說工程材料的性能有兩個方面的意義：使用性能：指材料在使用條件下表現(xiàn)出的性能，如強度、塑性、韌性等力學性能，聲、光、電、磁等物理性能以及耐蝕性、耐熱性等化學性能；工藝性能：指材料在加工過程中表現(xiàn)出的性能，如冷熱加工、壓力加工性能，焊接性能、鑄造性能、切削性能等。1.2.2金屬材料的性能1.金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能亦稱為機械性能，是指材料抵抗各種外加載荷的能力，包括彈性與剛度、抗拉強度、屈服強度、疲勞強度、塑性、硬度、韌性等。外力即載荷，常見的各種外載荷形式如圖所示。（a）拉伸載荷

（b）壓縮載荷

（c）彎曲載荷

（d）剪切載荷

（e）扭轉載荷工程材料具有許多良好的性能，因此被廣泛地應用于制造各種構件、6強度（a）低碳鋼（b）鑄鐵低碳鋼和鑄鐵的應力-應變()曲線材料在外力作用下抵抗變形與斷裂的能力稱為強度。根據(jù)外力作用方式的不同，強度有多種指標，如抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪切強度、抗扭強度和疲勞強度等。其中，抗拉強度和屈服強度指標應用最為廣泛?？v坐標為應力σ（單位為MPa）計算公式為：橫坐標為應變ε，計算公式為：式中：P——所加載荷；A0——試樣原始截面積；l0——試樣的原始標距長度；l1——試樣變形后的標距長度；

Δl——伸長量。

強度（a）低碳鋼7強度1）靜載時的強度拉伸變形有如下幾個階段：1.彈性變形階段（Oe）；2.屈服階段（es）；3.強化階段（sb）；4.縮頸階段（bz）。2）動載時的強度動載時最常用的指標是疲勞強度，它是指在大小和方向重復循環(huán)變化的載荷作用下材料抵抗斷裂的能力。許多機械零件，如曲軸、齒輪、軸承、葉片和彈簧等，在工作中各點承受的應力隨時間做周期性的變化，這種隨時間作周期性變化的應力稱為交變應力。在周期交變應力作用下，零件所承受的應力雖然低于其屈服強度，但經(jīng)過較長時間的工作會產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為材料的疲勞。據(jù)統(tǒng)計，大約有80%以上的機械零件失效是由疲勞失效造成的。中碳鋼的σ—N曲線σ為產(chǎn)生失效的應力；N為應力循環(huán)次數(shù)。強度1）靜載時的強度中碳鋼的σ—N曲線σ為產(chǎn)生失效的應力；8塑性材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的性能稱為塑性。常用的塑性指標有延伸率（δ）和斷面收縮率（ψ）。在拉伸試驗中，試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比稱為延伸率，用符號

表示，即式中：l0——試樣的原始標距長度（mm）；l1——試樣拉斷后的標距長度（mm）。斷面收縮率ψ是指斷裂后試樣橫截面積的最大縮減量（S0—Su）與原始橫截面積（S0）之比的百分率，即金屬材料的δ和ψ值越大，表示材料的塑性越好。塑性好的金屬可以發(fā)生塑性變形而不被破壞，便于通過各種壓力加工獲得形狀復雜的零件，如銅、鋁、鐵等。塑性好的材料在受力過大時，由于首先產(chǎn)生塑性變形而不致發(fā)生突然斷裂，因此比較安全。塑性材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的性能稱為塑性。常9硬度硬度是指材料抵抗另一硬物壓入其內(nèi)而產(chǎn)生局部塑性變形的能力。通常，材料越硬，其耐磨性越好。同時通過硬度值可估計材料的近似σb值。硬度試驗方法比較簡單、迅速，可直接在原材料或零件表面上測試，因此被廣泛應用。常用的硬度測量方法有壓入法，主要性能指標有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、維氏硬度（HV）等。陶瓷等材料還常用克努普氏顯微硬度（HK）和莫氏硬度（劃痕比較法）作為硬度指標。硬度硬度是指材料抵抗另一硬物壓入其內(nèi)而產(chǎn)生局部塑性變形的能力10硬度1）布氏硬度布氏硬度試驗法的測試原理：在一定的載荷F作用下，將一定直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入到被測材料的表面，保持一定的時間t后將載荷卸掉，測量被測材料表面留下壓痕的直徑d，根據(jù)d計算出壓痕的面積S，最后求出壓痕單位面積上承受的平均壓力，以此作為被測金屬材料的布氏硬度值，如圖所示。硬度1）布氏硬度11硬度2）洛氏硬度下圖所示為洛氏硬度測量原理圖。將金剛石壓頭（或鋼球壓頭）在先后施加兩個載荷（預載荷P0和總載荷P）的作用下壓入金屬表面?？傒d荷P為預載荷P0和主載荷P1之和。卸去主載荷P1后，測量其殘余載荷壓入深度h1來計算洛氏硬度值。殘余載荷壓入深度h1越大，表示材料硬度越低，實際測量時硬度可直接從洛氏硬度計表盤上讀得。（a）預載荷作用

（b）總載荷作用

（c）卸去主載荷作用后硬度2）洛氏硬度（a）預載荷作用（b）總載荷12硬度3）維氏硬度布氏硬度不適用于檢測硬度較高的材料；洛氏硬度雖可檢測不同硬度的材料，但不同標尺的硬度值不能相互直接比較；而維氏硬度可用同一標尺來測定從極軟到極硬的材料。維氏硬度的試驗原理與布氏法相似，也是以壓坑單位表面積所承受壓力的大小來計算硬度值的。它是用對面夾角為136°的金剛石四棱錐體，在一定壓力作用下，在試樣試驗面上壓出一個正方形壓痕，如圖所示。通過設在維氏硬度計上的顯微鏡來測量壓坑兩條對角線的長度，根據(jù)對角線的平均長度，從相應表中查出維氏硬度值。維氏硬度試驗所用壓力可根據(jù)試樣的大小、厚薄等條件來選擇。壓力按標準規(guī)定有49N，98N，196N，294N，490N，980N等。壓力保持時間：黑色金屬為10～15s，有色金屬為30s±2s。硬度3）維氏硬度13韌性1）沖擊韌性許多機械零件在工作中往往受到?jīng)_擊載荷的作用，如活塞銷、錘桿、沖模和鍛模等。制造這類零件所用的材料不能單用在靜載荷作用下的指標來衡量，而必須考慮材料抵抗沖擊載荷的能力。材料抵抗沖擊載荷而不被破壞的能力稱為沖擊韌性。為了評定材料的沖擊韌性，需進行沖擊試驗（擺錘式一次沖擊試驗）。擺錘式一次沖擊試驗原理圖韌性1）沖擊韌性擺錘式一次沖擊試驗原理圖14韌性2）低溫脆性有些金屬材料，如工程上用的中低強度鋼，當溫度降低到某一程度時，會出現(xiàn)沖擊吸收功明顯下降的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為冷脆現(xiàn)象。歷史上曾經(jīng)發(fā)生過多次由于低溫冷脆造成的船舶、橋梁等大型結構脆斷的事故。3）斷裂韌性橋梁、船舶、大型軋輥、轉子等有時會發(fā)生低應力脆斷，這種斷裂的名義斷裂應力低于材料的屈服強度。盡管構件在設計時保證了足夠的延伸率、韌性和屈服強度，但仍不免被破壞，這是由于構件或零件內(nèi)部存在著或大或小、或多或少的裂紋和類似裂紋的缺陷。韌性2）低溫脆性152.金屬材料的物理性能密度：單位體積的質(zhì)量，ρ=m/V

。熔點：金屬或合金從固態(tài)向液態(tài)轉變的溫度。導熱性：金屬材料傳導熱量的性能，通常用熱導率來衡量。導電性：金屬材料傳導電流的性能，通常用電阻率來衡量。熱膨脹性：金屬材料隨溫度的變化而膨脹或收縮的性能。通常用線膨脹系數(shù)或體膨脹系數(shù)來表示。磁性：金屬材料在磁場中受到磁化的性能。根據(jù)磁化程度不同，金屬材料可分為鐵磁性材料、順磁性材料和抗磁性材料三類。3.金屬材料的化學性能（1）耐腐蝕性；（2）抗氧化性；（3）化學穩(wěn)定性。4.金屬材料的工藝性能（1）鑄造性能；（2）鍛造性能；（3）焊接性能；（4）熱處理性能；（5）切削加工性能。2.金屬材料的物理性能161.2.3鋼鐵材料的鑒別1．碳素鋼碳素鋼是指碳的質(zhì)量分數(shù)小于2.11%并含有少量硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素的鐵碳合金，簡稱碳鋼。其中錳、硅是有益元素，對鋼有一定強化作用；硫、磷是有害元素，分別增加鋼的熱脆性和冷脆性，應嚴格控制。碳鋼的價格低廉、工藝性能良好，在機械制造中應用廣泛。常用碳鋼的牌號及用途如下表所示。名稱牌號應用舉例說明碳素

結構鋼Q215A級承受載荷不大的金屬結構件，如薄板、鉚釘、墊圈、地腳螺栓及焊接件等碳素鋼的牌號是由代表鋼材屈服點的漢語拼音第一個字母Q、屈服點（強度）值（MPa）、質(zhì)量等級符號、脫氧方法四個部分組成。其中質(zhì)量等級共分四級，分別以A，B，C，D表示Q235A級金屬結構件、鋼板、鋼筋、型鋼、螺母、連桿、拉桿等，Q235C級、Q235D級可用作重要的焊接結構優(yōu)質(zhì)碳素

結構鋼15強度低、塑性好，一般用于制造受力不大的沖壓件，如螺栓、螺母、墊圈等。經(jīng)過滲碳處理或氰化處理可用作表面要求耐磨、耐腐蝕的機械零件，如凸輪、滑塊等牌號的兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分數(shù)，45鋼即表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)為0.45%。含錳量較高的鋼，須加注化學元素符號Mn45綜合力學性能和切削加工性能均較好，用于強度要求較高的重要零件，如曲軸、傳動軸、齒輪、連桿等鑄造碳鋼ZG200―400有良好的塑性、韌性和焊接性能，用于受力不大、要求韌性好的各種機械零件，如機座、變速箱殼等ZG代表鑄鋼。其后面第一組數(shù)字為屈服強度（MPa）；第二組數(shù)字為抗拉強度（MPa）ZG200―400表示屈服強度為200MPa，抗拉強度400MPa的鑄鋼1.2.3鋼鐵材料的鑒別1．碳素鋼名稱牌號應用舉例說明碳172．合金鋼為了改善和提高鋼的性能，在碳鋼的基礎上加入其他合金元素的鋼稱為合金鋼。常用的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鎢、鉬、釩、稀土元素等。合金鋼還具有耐低溫、耐腐蝕、高磁性、高耐磨性等良好的特殊性能，它在工具或力學性能、工藝性能要求高的、形狀復雜的大截面零件或有特殊性能要求的零件方面，得到了廣泛應用。常用合金鋼的牌號、性能及用途如下表所示。種類牌號性能及用途普通低合金結構鋼9Mn2，10MnSiCu，16Mn，15MnTi強度較高，塑性良好，具有焊接性和耐蝕性，用于建造橋梁、車輛、船舶、鍋爐、高壓容器、電視塔等滲碳鋼20CrMnTi，20Mn2V，20Mn2TiB心部的強度較高，用于制造重要的或承受重載荷的大型滲碳零件調(diào)質(zhì)鋼40Cr，40Mn2，30CrMo，40CrMnSi具有良好的綜合力學性能（高的強度和足夠的韌性），用于制造一些復雜的重要機器零件彈簧鋼65Mn，60Si2Mn，60Si2CrVA淬透性較好，熱處理后組織可得到強化，用于制造承受重載荷的彈簧滾動軸承鋼GCr4，GCrl5，GCr15SiMn用于制造滾動軸承的滾珠、套圈2．合金鋼種類牌號性能及用途普通低合金結構鋼9Mn2，10M183．鑄鐵碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。由于鑄鐵含有的碳和雜質(zhì)較多，其力學性能比鋼差，不能鍛造。但鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性、減振性及耐磨性等特點，加之價格低廉、生產(chǎn)設備和工藝簡單，是機械制造中應用最多的金屬材料。據(jù)資料表明，鑄鐵件占機器總質(zhì)量的45%～90%。常用鑄鐵的牌號和用途如下表所示。名稱牌號應用舉例說明灰鑄鐵HT150用于制造端蓋、泵體、軸承座、閥殼、管子及管路附件、手輪；一般機床底座、床身、滑座、工作臺等“HT”為“灰鐵”兩字漢語拼音的字頭，后面的一組數(shù)字表示f30試樣的最低抗拉強度，如HT200表示灰口鑄鐵的抗拉強度為200MPaHT200承受較大載荷和較重要的零件，如氣缸、齒輪、底座、飛輪、床身等球墨

鑄鐵QT400―18QT450―10QT500―7QT800―2廣泛用于機械制造業(yè)中受磨損和受沖擊的零件，如曲軸（一般用QT500―7）、齒輪（一般用QT450―10）、氣缸套、活塞環(huán)、摩擦片、中低壓閥門、千斤頂座、軸承座等“QT”是球墨鑄鐵的代號，它后面的數(shù)字表示最低抗拉強度和最低伸長率，如QT500―7即表示球墨鑄鐵的抗拉強度為500MPa，伸長率為7%可鍛

鑄鐵KTH300―06KTH330―08KTZ450―06用于受沖擊、振動等零件，如汽車零件、機床附件（如扳手）、各種管接頭、低壓閥門、農(nóng)具等“KTH”“KTZ”分別是黑心和珠光體可鍛鑄鐵的代號，它們后面的數(shù)字分別代表最低抗拉強度和最低伸長率3．鑄鐵名稱牌號應用舉例說明灰鑄鐵HT150用于制造端蓋、泵194．有色金屬及其合金有色金屬的種類繁多，雖然其產(chǎn)量和使用不及黑色金屬，但是由于它具有某些特殊性能，故已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的材料。常用有色金屬及其合金的牌號、應用及說明如下表所示。名稱牌號應用舉例說明純銅T1電線、導電螺釘、貯藏器及各種管道等純銅分T1～T4四種，如T1（一號銅）含銅量為99.95%；T4含銅量為99.50%黃銅H62散熱器、墊圈、彈簧、各種網(wǎng)、螺釘及其他零件等“H”表示黃銅，后面數(shù)字表示銅的質(zhì)量分數(shù)，如62表示銅的質(zhì)量分數(shù)60.5%～63.5%純鋁1060電纜、電器零件、裝飾件及日常生活用品等鋁的質(zhì)量分數(shù)為98%～99.7%鑄鋁ZL102耐磨性中上等，用于制造載荷不大的薄壁零件等“Z”表示鑄，“L”表示鋁，后面數(shù)字表示順序號，如ZLl02表示Al-Si系02號合金4．有色金屬及其合金名稱牌號應用舉例說明純銅T1電線、導電螺201.3常用量具1.3.1游標卡尺的結構和使用方法1—尺身2—上量爪3—尺框4—固定螺釘5—深度尺6—游標7—下量爪0.02mm游標卡尺1．結構1.3常用量具1.3.1游標卡尺的結構和使用方法1—211.3常用量具1.3.1游標卡尺的結構和使用方法2．刻線原理主尺每小格為1mm，當兩測量爪合并時，主尺上的49mm正好對準游標上的50格，則：

49/50=0.98（mm）主尺與游標每格相差1-0.98=0.02（mm）3．使用方法①測量前，應將卡尺擦干凈，量爪貼合后，游標和主尺零線應對齊。②測量時，所用的測力應使兩量爪剛好接觸零件表面為宜。③測量時，應防止卡尺歪斜。④在游標上讀數(shù)時，要避免視線誤差。1.3常用量具1.3.1游標卡尺的結構和使用方法2．221.3.2千分尺的結構和使用方法1—尺架2—測砧3—測微螺桿4—螺絲軸套5—固定套筒6—微分筒7—調(diào)節(jié)螺母

8—接頭9—墊片10—測力裝置11—鎖緊機構12—絕熱片13—鎖緊軸千分尺1．結構1.3.2千分尺的結構和使用方法1—尺架千分尺1．結構232．刻線原理千分尺測微螺桿上的螺紋，其螺距為0.5mm。當微分筒轉一周時，測微螺桿就軸向移進0.5mm。固定套筒上刻有間隔為0.5mm的刻線，微分筒圓周上均勻刻有50格。因此，當微分筒每轉一格時，測微螺桿就移進0.5÷50=0.01（mm）3．使用方法①測量前，轉動千分尺的測力裝置，使兩測砧面靠合，并檢查是否密合，同時看微分筒與固定套筒的零線是否對齊。如有偏差，應調(diào)固定套筒對零。②測量時，用手轉動測力裝置，控制測力，不允許用沖擊力轉動微分筒。千分尺測微螺桿的軸線應與零件表面垂直，如圖所示。③讀數(shù)時，最好不取下千分尺進行讀數(shù)，如需要取下讀數(shù)時，應先鎖緊測微螺桿，然后輕輕取下千分尺，防止尺寸變動。讀數(shù)要細心，看清刻度，不要錯讀0.5mm。1.3.2千分尺的結構和使用方法2．刻線原理1.3.2千分尺的結構和使用方法241.3.3百分表的結構和使用方法1—表盤2—大指針3—小指針4—測量桿5—測量頭6—彈簧7—游絲百分表1．結構百分表的傳動系統(tǒng)是由齒輪、齒條等組成的。測量時，當帶有齒條的測量桿4上升時，帶動小齒輪Z2轉動，與Z2同軸的大齒輪Z3及小指針也跟著轉動，而Z3又帶動小齒輪Z1及其軸上的大指針偏轉。游絲的作用是迫使所有齒輪作單向嚙合，以消除由于齒側間隙而引起的測量誤差。彈簧是用來控制測量力的。1.3.3百分表的結構和使用方法1—表盤百分表1．結構251.3.3百分表的結構和使用方法百分表及磁性表座2．刻線原理百分表的測量桿移動1mm時，大指針正好回轉一圈。而表盤上沿圓周刻有100等分（格），則其刻度值為。測量時，大指針轉過1格刻度，表示零件尺寸變化0.01mm。百分表使用時常與磁性表座配合使用，如圖所示。1.3.3百分表的結構和使用方法百分表及磁性表座2．刻線261.3.3百分表的結構和使用方法百分表的使用3．使用方法①測量前，檢查表盤和指針有無松動現(xiàn)象，檢查指針的平穩(wěn)和穩(wěn)定性。②測量時，測量桿應垂直零件表面；測圓柱時，測量桿應對準圓柱軸中心。測量頭與被測表面接觸時，測量桿應預先有0.3～1mm的壓縮量，保持一定的初始測力，以免負偏差測不出來，如圖所示。（a）（b）（c）1.3.3百分表的結構和使用方法百分表的使用3．使用方法271.3.4萬能量角器的結構和使用方法萬能量角器1．結構如圖所示是讀數(shù)值為2′的萬能量角器。游標固定在扇形板上，可以沿著主尺轉動。用卡塊可以把角尺和直尺固定，從而使可測量角度的范圍在0°～320°。1.3.4萬能量角器的結構和使用方法萬能量角器1．結構281.3.4萬能量角器的結構和使用方法2．刻線原理扇形板上刻有120格刻線，間隔為1°，游標上刻有30格刻線，對應扇形板上的度數(shù)為29°，則游標上每格度數(shù)為，扇形板與游標每格相差。3．使用方法①使用前檢查零位。②測量時，應使萬能量角器的兩個測量面與被測件表面在全長上保持良好接觸，然后擰緊制動器上的螺帽，讀數(shù)，如圖所示。③測量角度在0°～50°范圍內(nèi)，應裝上角尺和直尺；在50°～140°范圍內(nèi)，應裝上直尺；在140°～230°范圍內(nèi)，應裝上角尺；在230°～320°范圍內(nèi)，不裝角尺和直尺。1.3.4萬能量角器的結構和使用方法2．刻線原理291.3.5鋼尺和卡鉗的使用臺階的測量方法鋼尺是最常用的簡單量具，其最小刻度為1mm，測量工件的外徑和孔徑時，必須與卡鉗配合使用?？ㄣQ分為內(nèi)卡鉗和外卡鉗或彈簧卡鉗?？ㄣQ必須和其他量具配合使用，如內(nèi)卡鉗與外徑千分尺配合使用測量內(nèi)孔，測量值能達到精度IT7級。機加工過程中臺階的測量方法如圖所示。（a）（b）（c）（d）1.3.5鋼尺和卡鉗的使用臺階的測量方法鋼尺是最常用的簡301.3.6塞尺和刀口形直尺塞尺塞尺又稱厚薄尺，是用它本身的厚度來測量間隙大小的量具。刀口形直尺簡稱刀口尺，是用光隙法檢驗直線平面度的量具。刀口形直尺及應用1.3.6塞尺和刀口形直尺塞尺塞尺又稱厚薄尺，是用它本身311.3.7直角尺直角尺是用來檢驗直線度或平面度的非直線量具，其兩邊成90°，如圖所示。使用時，將其一邊與工件的基準面貼合，用另外一邊與工件的另一表面接觸，根據(jù)光隙就可以判斷誤差狀況，或判斷垂直度。直角尺（a）直角尺

（b）直角尺的使用1.3.7直角尺直角尺是用來檢驗直線度或平面度的非直線量321.3.9內(nèi)徑百分表百分表7的測量頭與傳動桿4始終接觸，彈簧5是控制測量力的，并經(jīng)過傳動桿4，推動百分表7的量桿，使百分表指針轉動。由于杠桿2是等臂的，所以當活動測頭移動1mm時，傳動桿4也相應移動1mm，推動百分表指針轉動一圈。固定測頭3可以根據(jù)孔徑大小更換，自動定心板8能使活動測頭自動位于被測孔的直徑位置。內(nèi)徑百分表的結構如圖：1—活動測頭2—杠桿3—固定測頭4—傳動桿5—彈簧6—緊固螺母7—百分表8—自動定心板1.3.9內(nèi)徑百分表百分表7的測量頭與傳動桿4始終接觸，331.3.9內(nèi)徑百分表百分表和固定測頭在內(nèi)徑測量桿上的安裝和調(diào)整方法如下：在內(nèi)徑測量桿上安裝百分表時，百分表7的測量頭和傳動桿4的接觸量一般為0.15mm左右，并用緊固螺母6將百分表鎖緊。安裝測量桿上的固定測頭3時，其伸出長度可以調(diào)節(jié)，一般比被測量的孔徑大0.15mm左右。內(nèi)徑百分表是用對比法測量孔徑的，因此使用時應先根據(jù)被測量工件的內(nèi)孔直徑，用外徑千分尺將表對至“零”位后，再進行測量，其測量方法如圖所示，取最小值為孔的實際尺寸。用內(nèi)徑表測量孔1.3.9內(nèi)徑百分表百分表和固定測頭在內(nèi)徑測量桿上的安裝34第1章

金工實習基礎知識1.1安全文明生產(chǎn)1.2常用工程材料1.3常用量具

第1章金工實習基礎知識1.1安全文明生產(chǎn)351.1安全文明生產(chǎn)“金工實習”是工科類機械系列課程的重要組成部分，是門實踐性極強的專業(yè)基礎課程，必須通過獨立操作才能體會到有關金屬加工的基本理論和基本工藝。由于實訓過程必須通過學生的實際動手操作才能完成教學任務，學生經(jīng)常要接觸到銳利的工具或旋轉機械，如果在實訓過程中不嚴格遵守操作規(guī)程或缺乏安全知識，很容易發(fā)生人身安全事故或設備安全事故，因此，在實訓過程中必須遵守安全操作規(guī)程，并做到：1.1安全文明生產(chǎn)“金工實習”是工科類機械系列課程的重要361.1安全文明生產(chǎn)①進入實訓場所必須穿工作服，女生要戴工作帽，長發(fā)要壓入帽內(nèi)，不準穿拖鞋、涼鞋、高跟鞋進入實訓場所。②虛心聽從實訓教師的指導，注意聽講和操作示范。③嚴格按指定地點、工位實訓，不得隨意串崗、離崗、追打嬉鬧。④機械設備未經(jīng)許可嚴禁擅自動手操作。⑤設備使用前要進行檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報告。⑥機械設備必須遵守操作規(guī)程，嚴禁兩人同時操作一臺機床。⑦機床開動后不得用手觸摸旋轉工件和刀具，不得在工件未停止轉動前測量尺寸。⑧不得用手直接清除鐵屑和摸工件毛刺。⑨使用電器設備，必須嚴格遵守安全用電規(guī)程，防止觸電。⑩安全文明生產(chǎn)，工作結束要打掃機床和工作場所，工件、量具、刀具應擺放整齊。1.1安全文明生產(chǎn)①進入實訓場所必須穿工作服，女生要戴371.2常用工程材料1.2.1常用工程材料的分類金屬材料非金屬材料復合材料黑色金屬材料有色金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料碳素鋼、合金鋼、鑄鐵等鋁、鎂、銅、鋅及其合金等水泥、陶瓷、玻璃等合成高分子材料（塑料、合成纖維、合成橡膠等）天然高分子材料（木材、紙、纖維、皮革等）金屬基復合材料、塑料基復合材料、橡膠基復合材料、陶瓷基復合材料等1.2常用工程材料1.2.1常用工程材料的分類金屬材38工程材料按照用途可分為兩大類，即結構材料和功能材料。結構材料通常指工程上對硬度、強度、塑性及耐磨性等力學性能有一定要求的材料，主要包括金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及復合材料等。功能材料是指具有光、電、磁、熱、聲等功能和效應的材料，包括半導體材料、磁性材料、光學材料、電介質(zhì)材料、超導體材料、非晶和微晶材料、形狀記憶合金等。工程材料按照應用領域還可分為信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料和航空材料等多種類別。1.2.1常用工程材料的分類工程材料按照用途可分為兩大類，即結構材料和功能材料。結構材料39工程材料具有許多良好的性能，因此被廣泛地應用于制造各種構件、機械零件、工具和日常生活用具等。為了正確地使用工程材料，應充分了解和掌握材料的性能。通常所說工程材料的性能有兩個方面的意義：使用性能：指材料在使用條件下表現(xiàn)出的性能，如強度、塑性、韌性等力學性能，聲、光、電、磁等物理性能以及耐蝕性、耐熱性等化學性能；工藝性能：指材料在加工過程中表現(xiàn)出的性能，如冷熱加工、壓力加工性能，焊接性能、鑄造性能、切削性能等。1.2.2金屬材料的性能1.金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能亦稱為機械性能，是指材料抵抗各種外加載荷的能力，包括彈性與剛度、抗拉強度、屈服強度、疲勞強度、塑性、硬度、韌性等。外力即載荷，常見的各種外載荷形式如圖所示。（a）拉伸載荷

（b）壓縮載荷

（c）彎曲載荷

（d）剪切載荷

（e）扭轉載荷工程材料具有許多良好的性能，因此被廣泛地應用于制造各種構件、40強度（a）低碳鋼（b）鑄鐵低碳鋼和鑄鐵的應力-應變()曲線材料在外力作用下抵抗變形與斷裂的能力稱為強度。根據(jù)外力作用方式的不同，強度有多種指標，如抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪切強度、抗扭強度和疲勞強度等。其中，抗拉強度和屈服強度指標應用最為廣泛。縱坐標為應力σ（單位為MPa）計算公式為：橫坐標為應變ε，計算公式為：式中：P——所加載荷；A0——試樣原始截面積；l0——試樣的原始標距長度；l1——試樣變形后的標距長度；

Δl——伸長量。

強度（a）低碳鋼41強度1）靜載時的強度拉伸變形有如下幾個階段：1.彈性變形階段（Oe）；2.屈服階段（es）；3.強化階段（sb）；4.縮頸階段（bz）。2）動載時的強度動載時最常用的指標是疲勞強度，它是指在大小和方向重復循環(huán)變化的載荷作用下材料抵抗斷裂的能力。許多機械零件，如曲軸、齒輪、軸承、葉片和彈簧等，在工作中各點承受的應力隨時間做周期性的變化，這種隨時間作周期性變化的應力稱為交變應力。在周期交變應力作用下，零件所承受的應力雖然低于其屈服強度，但經(jīng)過較長時間的工作會產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為材料的疲勞。據(jù)統(tǒng)計，大約有80%以上的機械零件失效是由疲勞失效造成的。中碳鋼的σ—N曲線σ為產(chǎn)生失效的應力；N為應力循環(huán)次數(shù)。強度1）靜載時的強度中碳鋼的σ—N曲線σ為產(chǎn)生失效的應力；42塑性材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的性能稱為塑性。常用的塑性指標有延伸率（δ）和斷面收縮率（ψ）。在拉伸試驗中，試樣拉斷后，標距的伸長與原始標距的百分比稱為延伸率，用符號

表示，即式中：l0——試樣的原始標距長度（mm）；l1——試樣拉斷后的標距長度（mm）。斷面收縮率ψ是指斷裂后試樣橫截面積的最大縮減量（S0—Su）與原始橫截面積（S0）之比的百分率，即金屬材料的δ和ψ值越大，表示材料的塑性越好。塑性好的金屬可以發(fā)生塑性變形而不被破壞，便于通過各種壓力加工獲得形狀復雜的零件，如銅、鋁、鐵等。塑性好的材料在受力過大時，由于首先產(chǎn)生塑性變形而不致發(fā)生突然斷裂，因此比較安全。塑性材料在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的性能稱為塑性。常43硬度硬度是指材料抵抗另一硬物壓入其內(nèi)而產(chǎn)生局部塑性變形的能力。通常，材料越硬，其耐磨性越好。同時通過硬度值可估計材料的近似σb值。硬度試驗方法比較簡單、迅速，可直接在原材料或零件表面上測試，因此被廣泛應用。常用的硬度測量方法有壓入法，主要性能指標有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、維氏硬度（HV）等。陶瓷等材料還常用克努普氏顯微硬度（HK）和莫氏硬度（劃痕比較法）作為硬度指標。硬度硬度是指材料抵抗另一硬物壓入其內(nèi)而產(chǎn)生局部塑性變形的能力44硬度1）布氏硬度布氏硬度試驗法的測試原理：在一定的載荷F作用下，將一定直徑D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入到被測材料的表面，保持一定的時間t后將載荷卸掉，測量被測材料表面留下壓痕的直徑d，根據(jù)d計算出壓痕的面積S，最后求出壓痕單位面積上承受的平均壓力，以此作為被測金屬材料的布氏硬度值，如圖所示。硬度1）布氏硬度45硬度2）洛氏硬度下圖所示為洛氏硬度測量原理圖。將金剛石壓頭（或鋼球壓頭）在先后施加兩個載荷（預載荷P0和總載荷P）的作用下壓入金屬表面?？傒d荷P為預載荷P0和主載荷P1之和。卸去主載荷P1后，測量其殘余載荷壓入深度h1來計算洛氏硬度值。殘余載荷壓入深度h1越大，表示材料硬度越低，實際測量時硬度可直接從洛氏硬度計表盤上讀得。（a）預載荷作用

（b）總載荷作用

（c）卸去主載荷作用后硬度2）洛氏硬度（a）預載荷作用（b）總載荷46硬度3）維氏硬度布氏硬度不適用于檢測硬度較高的材料；洛氏硬度雖可檢測不同硬度的材料，但不同標尺的硬度值不能相互直接比較；而維氏硬度可用同一標尺來測定從極軟到極硬的材料。維氏硬度的試驗原理與布氏法相似，也是以壓坑單位表面積所承受壓力的大小來計算硬度值的。它是用對面夾角為136°的金剛石四棱錐體，在一定壓力作用下，在試樣試驗面上壓出一個正方形壓痕，如圖所示。通過設在維氏硬度計上的顯微鏡來測量壓坑兩條對角線的長度，根據(jù)對角線的平均長度，從相應表中查出維氏硬度值。維氏硬度試驗所用壓力可根據(jù)試樣的大小、厚薄等條件來選擇。壓力按標準規(guī)定有49N，98N，196N，294N，490N，980N等。壓力保持時間：黑色金屬為10～15s，有色金屬為30s±2s。硬度3）維氏硬度47韌性1）沖擊韌性許多機械零件在工作中往往受到?jīng)_擊載荷的作用，如活塞銷、錘桿、沖模和鍛模等。制造這類零件所用的材料不能單用在靜載荷作用下的指標來衡量，而必須考慮材料抵抗沖擊載荷的能力。材料抵抗沖擊載荷而不被破壞的能力稱為沖擊韌性。為了評定材料的沖擊韌性，需進行沖擊試驗（擺錘式一次沖擊試驗）。擺錘式一次沖擊試驗原理圖韌性1）沖擊韌性擺錘式一次沖擊試驗原理圖48韌性2）低溫脆性有些金屬材料，如工程上用的中低強度鋼，當溫度降低到某一程度時，會出現(xiàn)沖擊吸收功明顯下降的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為冷脆現(xiàn)象。歷史上曾經(jīng)發(fā)生過多次由于低溫冷脆造成的船舶、橋梁等大型結構脆斷的事故。3）斷裂韌性橋梁、船舶、大型軋輥、轉子等有時會發(fā)生低應力脆斷，這種斷裂的名義斷裂應力低于材料的屈服強度。盡管構件在設計時保證了足夠的延伸率、韌性和屈服強度，但仍不免被破壞，這是由于構件或零件內(nèi)部存在著或大或小、或多或少的裂紋和類似裂紋的缺陷。韌性2）低溫脆性492.金屬材料的物理性能密度：單位體積的質(zhì)量，ρ=m/V

。熔點：金屬或合金從固態(tài)向液態(tài)轉變的溫度。導熱性：金屬材料傳導熱量的性能，通常用熱導率來衡量。導電性：金屬材料傳導電流的性能，通常用電阻率來衡量。熱膨脹性：金屬材料隨溫度的變化而膨脹或收縮的性能。通常用線膨脹系數(shù)或體膨脹系數(shù)來表示。磁性：金屬材料在磁場中受到磁化的性能。根據(jù)磁化程度不同，金屬材料可分為鐵磁性材料、順磁性材料和抗磁性材料三類。3.金屬材料的化學性能（1）耐腐蝕性；（2）抗氧化性；（3）化學穩(wěn)定性。4.金屬材料的工藝性能（1）鑄造性能；（2）鍛造性能；（3）焊接性能；（4）熱處理性能；（5）切削加工性能。2.金屬材料的物理性能501.2.3鋼鐵材料的鑒別1．碳素鋼碳素鋼是指碳的質(zhì)量分數(shù)小于2.11%并含有少量硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素的鐵碳合金，簡稱碳鋼。其中錳、硅是有益元素，對鋼有一定強化作用；硫、磷是有害元素，分別增加鋼的熱脆性和冷脆性，應嚴格控制。碳鋼的價格低廉、工藝性能良好，在機械制造中應用廣泛。常用碳鋼的牌號及用途如下表所示。名稱牌號應用舉例說明碳素

結構鋼Q215A級承受載荷不大的金屬結構件，如薄板、鉚釘、墊圈、地腳螺栓及焊接件等碳素鋼的牌號是由代表鋼材屈服點的漢語拼音第一個字母Q、屈服點（強度）值（MPa）、質(zhì)量等級符號、脫氧方法四個部分組成。其中質(zhì)量等級共分四級，分別以A，B，C，D表示Q235A級金屬結構件、鋼板、鋼筋、型鋼、螺母、連桿、拉桿等，Q235C級、Q235D級可用作重要的焊接結構優(yōu)質(zhì)碳素

結構鋼15強度低、塑性好，一般用于制造受力不大的沖壓件，如螺栓、螺母、墊圈等。經(jīng)過滲碳處理或氰化處理可用作表面要求耐磨、耐腐蝕的機械零件，如凸輪、滑塊等牌號的兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分數(shù)，45鋼即表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)為0.45%。含錳量較高的鋼，須加注化學元素符號Mn45綜合力學性能和切削加工性能均較好，用于強度要求較高的重要零件，如曲軸、傳動軸、齒輪、連桿等鑄造碳鋼ZG200―400有良好的塑性、韌性和焊接性能，用于受力不大、要求韌性好的各種機械零件，如機座、變速箱殼等ZG代表鑄鋼。其后面第一組數(shù)字為屈服強度（MPa）；第二組數(shù)字為抗拉強度（MPa）ZG200―400表示屈服強度為200MPa，抗拉強度400MPa的鑄鋼1.2.3鋼鐵材料的鑒別1．碳素鋼名稱牌號應用舉例說明碳512．合金鋼為了改善和提高鋼的性能，在碳鋼的基礎上加入其他合金元素的鋼稱為合金鋼。常用的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鎢、鉬、釩、稀土元素等。合金鋼還具有耐低溫、耐腐蝕、高磁性、高耐磨性等良好的特殊性能，它在工具或力學性能、工藝性能要求高的、形狀復雜的大截面零件或有特殊性能要求的零件方面，得到了廣泛應用。常用合金鋼的牌號、性能及用途如下表所示。種類牌號性能及用途普通低合金結構鋼9Mn2，10MnSiCu，16Mn，15MnTi強度較高，塑性良好，具有焊接性和耐蝕性，用于建造橋梁、車輛、船舶、鍋爐、高壓容器、電視塔等滲碳鋼20CrMnTi，20Mn2V，20Mn2TiB心部的強度較高，用于制造重要的或承受重載荷的大型滲碳零件調(diào)質(zhì)鋼40Cr，40Mn2，30CrMo，40CrMnSi具有良好的綜合力學性能（高的強度和足夠的韌性），用于制造一些復雜的重要機器零件彈簧鋼65Mn，60Si2Mn，60Si2CrVA淬透性較好，熱處理后組織可得到強化，用于制造承受重載荷的彈簧滾動軸承鋼GCr4，GCrl5，GCr15SiMn用于制造滾動軸承的滾珠、套圈2．合金鋼種類牌號性能及用途普通低合金結構鋼9Mn2，10M523．鑄鐵碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。由于鑄鐵含有的碳和雜質(zhì)較多，其力學性能比鋼差，不能鍛造。但鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性、減振性及耐磨性等特點，加之價格低廉、生產(chǎn)設備和工藝簡單，是機械制造中應用最多的金屬材料。據(jù)資料表明，鑄鐵件占機器總質(zhì)量的45%～90%。常用鑄鐵的牌號和用途如下表所示。名稱牌號應用舉例說明灰鑄鐵HT150用于制造端蓋、泵體、軸承座、閥殼、管子及管路附件、手輪；一般機床底座、床身、滑座、工作臺等“HT”為“灰鐵”兩字漢語拼音的字頭，后面的一組數(shù)字表示f30試樣的最低抗拉強度，如HT200表示灰口鑄鐵的抗拉強度為200MPaHT200承受較大載荷和較重要的零件，如氣缸、齒輪、底座、飛輪、床身等球墨

鑄鐵QT400―18QT450―10QT500―7QT800―2廣泛用于機械制造業(yè)中受磨損和受沖擊的零件，如曲軸（一般用QT500―7）、齒輪（一般用QT450―10）、氣缸套、活塞環(huán)、摩擦片、中低壓閥門、千斤頂座、軸承座等“QT”是球墨鑄鐵的代號，它后面的數(shù)字表示最低抗拉強度和最低伸長率，如QT500―7即表示球墨鑄鐵的抗拉強度為500MPa，伸長率為7%可鍛

鑄鐵KTH300―06KTH330―08KTZ450―06用于受沖擊、振動等零件，如汽車零件、機床附件（如扳手）、各種管接頭、低壓閥門、農(nóng)具等“KTH”“KTZ”分別是黑心和珠光體可鍛鑄鐵的代號，它們后面的數(shù)字分別代表最低抗拉強度和最低伸長率3．鑄鐵名稱牌號應用舉例說明灰鑄鐵HT150用于制造端蓋、泵534．有色金屬及其合金有色金屬的種類繁多，雖然其產(chǎn)量和使用不及黑色金屬，但是由于它具有某些特殊性能，故已成為現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的材料。常用有色金屬及其合金的牌號、應用及說明如下表所示。名稱牌號應用舉例說明純銅T1電線、導電螺釘、貯藏器及各種管道等純銅分T1～T4四種，如T1（一號銅）含銅量為99.95%；T4含銅量為99.50%黃銅H62散熱器、墊圈、彈簧、各種網(wǎng)、螺釘及其他零件等“H”表示黃銅，后面數(shù)字表示銅的質(zhì)量分數(shù)，如62表示銅的質(zhì)量分數(shù)60.5%～63.5%純鋁1060電纜、電器零件、裝飾件及日常生活用品等鋁的質(zhì)量分數(shù)為98%～99.7%鑄鋁ZL102耐磨性中上等，用于制造載荷不大的薄壁零件等“Z”表示鑄，“L”表示鋁，后面數(shù)字表示順序號，如ZLl02表示Al-Si系02號合金4．有色金屬及其合金名稱牌號應用舉例說明純銅T1電線、導電螺541.3常用量具1.3.1游標卡尺的結構和使用方法1—尺身2—上量爪3—尺框4—固定螺釘5—深度尺6—游標7—下量爪0.02mm游標卡尺1．結構1.3常用量具1.3.1游標卡尺的結構和使用方法1—551.3常用量具1.3.1游標卡尺的結構和使用方法2．刻線原理主尺每小格為1mm，當兩測量爪合并時，主尺上的49mm正好對準游標上的50格，則：

49/50=0.98（mm）主尺與游標每格相差1-0.98=0.02（mm）3．使用方法①測量前，應將卡尺擦干凈，量爪貼合后，游標和主尺零線應對齊。②測量時，所用的測力應使兩量爪剛好接觸零件表面為宜。③測量時，應防止卡尺歪斜。④在游標上讀數(shù)時，要避免視線誤差。1.3常用量具1.3.1游標卡尺的結構和使用方法2．561.3.2千分尺的結構和使用方法1—尺架2—測砧3—測微螺桿4—螺絲軸套5—固定套筒6—微分筒7—調(diào)節(jié)螺母

8—接頭9—墊片10—測力裝置11—鎖緊機構12—絕熱片13—鎖緊軸千分尺1．結構1.3.2千分尺的結構和使用方法1—尺架千分尺1．結構572．刻線原理千分尺測微螺桿上的螺紋，其螺距為0.5mm。當微分筒轉一周時，測微螺桿就軸向移進0.5mm。固定套筒上刻有間隔為0.5mm的刻線，微分筒圓周上均勻刻有50格。因此，當微分筒每轉一格時，測微螺桿就移進0.5÷50=0.01（mm）3．使用方法①測量前，轉動千分尺的測力裝置，使兩測砧面靠合，并檢查是否密合，同時看微分筒與固定套筒的零線是否對齊。如有偏差，應調(diào)固定套筒對零。②測量時，用手轉動測力裝置，控制測力，不允許用沖擊力轉動微分筒。千分尺測微螺桿的軸線應與零件表面垂直，如圖所示。③讀數(shù)時，最好不取下千分尺進行讀數(shù)，如需要取下讀數(shù)時，應先鎖緊測微螺桿，然后輕輕取下千分尺，防止尺寸變動。讀數(shù)要細心，看清刻度，不要錯讀0.5mm。1.3.2千分尺的結構和使用方法2．刻線原理1.3.2千分尺的結構和使用方法581.3.3百分表的結構和使用方法1—表盤2—大指針3—小指針4—測量桿5—測量頭6—彈簧7—游絲百分表1．結構百分表的傳動系統(tǒng)是由齒輪、齒條等組成的。測量時，當帶有齒條的測量桿4上升時，帶動小齒輪Z2轉動，與Z2同軸的大齒輪Z3及小指針也跟著轉動，而Z3又帶動小齒輪Z1及其軸上的大指針偏轉。游絲的作用是迫使所有齒輪作單向嚙合，以消除由于齒側間隙而引起的測量誤差。彈簧是用來控制測量力的。1.3.3百分表的結構和使用方法1—表盤百分表1．結構591.3.3百分表的結構和使用方法百分表及磁性表座2．刻線原理百分表的測量桿移動1mm