金属工艺学课程实验指导书标准.docx

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金属工艺学课程实验指导书标准

实验一型砂性能实验

一、实验目的

1、了解铸造技术训练的目的、要求和内容；

2、了解型砂、型芯砂等造型材料的组成、性能及其制备；

二、实验设备、仪器

SHN碾轮式混砂机，SAC-A型锤击式制样机，天平，STZ-A型透气性测定仪

三、实验步骤

（参考下面型砂实验指导）

型砂实验指导

造型材料及型砂实验性能，是指导铸造生产，提高产品质量的重要措施之一。

目前我国砂型铸造生产的铸件占总产量的90~95%；在铸件废品中，50%与造型材料的质量性能和使用有关。

因此，要提高生产率；就必须用科学的手段对造型材料的性能进行测试，每个铸造工作者也必须具有这种实验技能，这就是开设本实验的主要目的。

造型材料及型砂性能实验包括：

铸造用原砂的实验；铸造用粘土的实验；型砂性能的实验；及其他特殊材料的实验。

共计20余个项目。

根据我们目前条件，这次主要开设原砂及型砂性能方面的八个常规实验。

实验中5~7人为一组，每组做一套实验数据，填入实验报告中。

（注意：

型砂参考配方：

新砂93%，陶土7%，加水5-10%）

步骤一、原砂颗粒组成的测定

一、实验目的：

原砂的形状，大小及均匀度，直接影响型砂的强度、透气性和耐火性。

要控制型砂性能，首先对原砂粒度进行测定，做到心中有数。

所以要进行原砂粒度的测验。

二、实验前准备：

1、用天平称取总重为50克的烘干原砂。

2、检查实验仪油底，内机油是否加够，各部件是否润滑。

3、拔出试验仪顶杆，检查电机运转方向是否与红箭头方向一致，如不一致要检查接线头，严禁反转。

三、实验说明：

1、原砂的颗粒组成用筛分法测定，按TB435~67规定标准筛号为：

表

（一）

筛号

6

12

20

30

40

50

70

100

140

200

270

筛孔边长

3.36

1.68

0.84

0.59

0.42

0.297

0.21

0.149

0.105

0.075

0.053

注：

筛号为每英寸长度上的筛孔数

本实验仪采用新的筛号即：

122028405575100150200260

2、筛分后、每格筛子上的存留量乘2即为该筛号上的颗粒数量的百分数。

砂粒大小以通过的最后一个筛号和所仃留的筛号来表示：

如：

砂粒通过50，仃留在70上，则大小表示为—50+70，砂粒组成：

以余留量百分数之和为最大的相邻三个筛两端两个筛号来表示，这个筛号砂留量大的作分子少的作分母。

如5070100三个筛上余量最多，则该砂组成为50/100，（50百分数比100留量百分数大）

3、原砂牌号用原砂种类，颗粒组成，颗粒形状的汉语拼音、数字、符号表示。

如1S20/40（△-）表示1号石英砂，用20/40组成，形状为（-△）

四、实验步骤

先将筛子按次序堆放在托筛盘上，倒入试样，盖上筛盖，操作手柄，使筛组与筛框顶紧。

启动电机，工作十分钟，关闭电源，再操作手柄，使筛组下降，取出筛组，把每个筛子上的砂分别倒入玻璃内，用天平称重，求出每筛上的重量及百分数填入表

（二）内。

表

（二）

12#

20#

28#

45#

55#

75#

100#

150#

200#

260#

克

％

克

％

克

克

％

克

％

克

％

克

％

克

％

克

％

将砂样冲洗，并烘干。

在放大镜或60倍显微镜下观察砂粒形状，圆形用“o”、尖叫用“△”，多角用“□”，表示观察后写出该砂样的、原砂牌号表示式。

步骤二、型砂、原砂含水量的测定

1、实验目的：

了解掌握原砂、型砂、水分测定的基本方法，为进一步分析型砂性能提供参考数据。

2、实验说明：

本实验采用红外线双灯烘干，进行测定，电源220，250w红外线灯泡，沙盘表面温度110°C~175°C。

3、实验步骤：

（1）启动电源开关，绿色指示灯亮，表示电源接通。

（2）称50g砂放入砂盘中铺平，并把砂盘推入机内灯泡下，（注意：

不要使盘和机底接触）不要碰着红外线灯泡。

（3）开启指示灯上部的灯泡开关，并记下开始烘干时间，若试样重50g，烘干时间为8~10分钟，试样重20g时，烘干时间为4~5分钟。

（4）烘干时间到后，取下砂盘待冷却后，用天平称重，（精确度0.05克）按下式计算百分率。

X=

式中X——含水量％Q1——试样烘干前重量，Q2——烘干后重量。

（5）记录：

实验数据。

Q1克

Q2克

烘干时间

％

步骤三、测定粘土的吸蓝量

实验目的：

吸蓝量用其鉴定粘土矿物种类和粘土质量吸蓝量的多少，直接涉及粘土在型砂中加入量多少，影响到型砂的强度和透气性。

因此对粘土吸蓝量的测定是铸造工作者必须掌握的实际技能。

粘土矿物具有吸附色素的能力，其中以亚基蓝的吸附量力大。

不同种类的粘土吸附色素的能力有很大的差别，每100克蒙脱石粘土大约能吸附亚甲基蓝44克左右，而高岭石类粘土吸附量只有5克。

石英煤物质实际不能吸附色素。

粘土吸蓝量的测定方法，有比色法，滴定法两种。

滴定法只用一般仪器设备操作简单准确程度符合生产要求，因此被广泛采用。

我们本次试验也采用滴定法。

药品和设备仪器：

1°10焦磷酸钠（Na4P2O710H2O）溶液

0.2°10亚甲基蓝溶液

烘干至恒温的粘土5克

天平、电炉、玻璃棒、滴定管、三角烧瓶、滤纸，

测定方法：

①称量0.2克试样（精确至0.001克）放入250毫升烧瓶中、加入50毫升蒸馏水，再加入焦磷酸钠溶液20毫升摇匀煮沸5分钟冷却至室温。

②用滴定管滴入配好的亚甲基蓝溶液。

第一次加入预定量地三分之二左右，用手摇三角烘瓶30秒，继续滴入每滴入1毫升亚甲基蓝溶液摇动30秒，用玻璃棒沾一点溶液滴在滤纸上（液点直径最好在18-20毫米）如果在深色的圆点外未出现绿色的晕环表明还没达到终点继续滴入摇动，再用玻璃棒沾一滴溶液滴在滤纸上，直到出现兰绿色晕环为止。

兰绿色晕环出现后再将烘瓶摇动2分钟，再在滤纸上点一滴溶液，如果晕环消失应再滴入亚甲基蓝溶液直至晕环不消失为止。

这是已表明达到终点，记下亚甲基蓝滴定量。

亚甲基兰的滴定量即为该试样的吸兰量可按下式计算

M=

式中：

M、吸兰量（克/100克试样）

A、每毫升亚甲基兰溶液中含有的亚甲基兰量（克）

B、亚甲基蓝溶液的滴定量（毫升）

C、试样的重量（克）

步骤四、混砂实验

一、实验目的：

为了使各种材料彼此之间均匀接触，提高型砂强度，保证型砂性能的均匀性，因此除正确配比外，必须将原材料放入混砂机中混制。

二、实验步骤

1、按照型砂性能要求，称取原砂、陶土、煤粉、碱面等各若干、分处放置、并记录在表五中。

2、调整辗轮式混砂机，使其辗轮离开台面3~5mm刮板下，离开台0.5~1mm，然后用手扳动辗轮一周，四周没有碰撞即可投入实验。

3、先倒入原砂（或型砂）转几圈后，再倒入其他混合料罩上罩，干混2~4分钟。

4、加入水或其他粘结剂（桐油糖浆等）继混8~16分钟。

5、拉开出砂门，取出辗好的型砂，供给生产强度实验用。

步骤五、制样实验

一、实验目的：

制样是进行型砂性能实验的必备工作，只有试样合格，才能保证各种性能实验的准确性，因此必须进行制样技能的训练。

二、制样说明：

制取砂样在S50b锤击式制样机上进行，制样机锤重6670克±10，型砂制样冲击次数三次，击锤下落高度50mm，作用于试样上的功1Kg.米、（

6670*0.05*3）

型砂试样规格如下表。

如下图所示，为锤击式制样机结构图。

锤击式制样机

1一圆柱形试样的试样筒；2一底垫；3一偏心轮手柄；

4一落锤；5一手柄，6一芯棒；7一冲头。

实验

抗压

抗剪

抗弯

抗拉

备注

干试样形态及尺寸

φ50±0.2×50±1

φ50±0.2×50±1

22.3×22.3×150

长>75mm腰中截面5cm2

22.3×22.3

抗弯中150为着力强度

湿试样形态及尺寸

同上

同上

同上

同上

一般不做

一般不做

三、各试样制作步骤：

（一）抗压、抗剪试样的冲制：

1、将大凸轮顺时针摇动，使冲头向上提高并固定。

2、取适量型砂（约140~190克）倒入圆柱形冲筒内型砂要均匀，然后连同筒座放在制样机座上。

3、放下大凸轮，使凸轮轻轻压入冲模，再将冲模转动半圈。

4、摇动小凸轮3次，使试样受三次冲击，冲杆上的红线应在准牌的缺口内。

5、提高冲头，取下冲头试样筒。

6、将冲筒套在顶杆柱上顶出试样。

7、把顶出的试样放在天平上称重，并记录数值，后以此值为标准，继续冲制，抗拉，抗剪试样。

（二）、抗拉、抗弯试样的冲制：

1、从冲样机上取下园样形冲头，换上抗拉冲头和抗拉试样模具。

2、在抗拉试样模具中间放上分型板，并注满型砂，放在制样机底座上。

3、按冲制抗压试样的方法使试样受三次冲击、取下模具拉出模具上的分型板，截去过量的砂，分解冲模取出试样进行烘干。

4、抗弯式样冲击法同抗拉试样。

（三）低湿压强度圆柱形试样冲制：

必须开合冲筒制，把冲筒放在三毫米厚园板上，然后倒入型砂，施加1Kg.m的功。

取下冲筒，垂直打开，连同园板一起，把试样放在低压张度测试位置。

（四）测定透气率所用试样的冲制，同抗压试样，但其冲模一端带斜度的圆筒。

（五）紧实率的测定：

同样在冲样机上进行。

将型砂均匀地装入高度为120mm的圆柱冲筒内（不带锥度，筒座高度为20mm）均匀装满后刮平冲击三次，在制样机刻线牌上，冲杠红线位置所对数字则为紧实率。

（紧实率刻线牌已含有百分率换算，可直接读处百分比）

表五

主要成分%

性能

新

砂

旧

砂

陶

土

煤

粉

碱

面

其他

水

分

透

气

性

湿

压

干

拉

抗

弟

抗

剪

备

考

干

湿

步骤六、型砂强度实验

一、实验目的：

型砂强度是影响铸件质量的重要因素，强度不适，往往造成夹砂，砂眼，变形等缺陷，因此从事铸造工作的技术人员必须具有测定型砂强度的实际技能。

二、实验说明：

试样强度在万能强度实验仪上进行，该仪器是一液压机，转动手轮可使机内产生油压，作用于为一活塞进行工作，压力用两只双针压力表指示，表面三圈刻度分别表明，抗压抗剪，抗拉强度值，机前有一截面积为4cm2的作用活塞，用来传递压力，通过试样夹具作用于砂样上，试样破碎时，压力表红针仃留位置对应该数，即为要测定的强度值。

低压表测定范围0~1.2kg/cm2抗压值

高压表测定范围0~12kg/cm2抗压值

三、实验准备：

（一）实验前要向机内油缸加油。

其方法是：

按住快换接头滚花旅环并稍向逆时针方向旋转，将加油杯插入快换接头，放回旋动杯，此时加油杯已被卡住，然后注入30#汽轮机油，（要用滤纸过滤）。

同时，使手轮后退，并向加油机中加油，将手轮向前推进，使油缸中的气从加油口排出，待气泡消失后，将手轮后退，并向加油杯中补充加油，如此反复进行多次直至气排净油充足为止。

用手按住振动环，向逆时针方向旋轮，拔出油杯，用同样方法插入压力表，即可开始正常实验。

四、实验步骤：

（一）测定抗压强度

将抗压托架置于仪器上，用固定箱固定，把冲制的圆柱形试样放在托架上，转动手轮，使压力逐渐作用于试样上，直至试样破裂，破裂时压力表黑针下降，红针停留位置，在表面抗压一圈上的指示数，即为抗压值。

若用的是低压表，须乘1/10，才是实际抗压值（注意实验前把压力表红针拔至与黑针并列位置）

记录读数填入表五中

（二）测定抗剪强度

将抗剪托架置于仪器上，操作方法同抗压。

抗剪强度超过0.9kg/cm时须用高压表。

（三）测定抗拉强度：

将铝抗拉夹具示意图置于仪器上，并将冲制的八字形试样放入夹具中，夹具中四粒滚柱的大园面贴住试样腰部，用油压机产生的压力通过夹具顶板作用于试样上，直至试样断裂，抗拉强度值为压力表面直接读数。

将测定值填入表五中

（四）测定抗弯强度：

将来弯托架置于仪器上，并将带有固定销的三角刀刀装入强度仪压力活塞孔内，把冲击抗弯试样放在托架上使三角刀的中心对准试样中心，对试样加负荷直至试样破碎，抗弯强度数值应取压力表抗拉刻度卷上读数，并乘10倍。

将测定数据填入表五中

（五）测定低湿压强度值：

低湿压强度值适用于弱粘砂的抗压强度，其湿强度甚小，<025kg/Cm只能用专用卡具进行测试。

实验把卡具装在强度仪上，用滚花螺母固定，装上低压表，将用开合冲制的弱粘砂试样，连同铁小心的垫垂直于低压附件上，由强度仪施加负载，通过连杆作用于压缩上，直至试样破碎，此时，低湿压强度应为压力表面抗压值的1/5。

测定各种强度时，卡具在实验仪上的装置办法可参考下列示意图。

抗弯试验示意图抗剪试验示意图

抗拉试验示意图

低湿压

步骤七、测定型砂透气率

一、实验目的：

型砂透气性差常常造成气孔，使铸件报废。

生产单位在生产过程中应经常检查透气性是否合格，因此掌握准确的进行透气性实验的技能是十分重要的。

二、实验说明：

①、气体通过型砂的能力称透气性，可用单位时间内，在单位压力下，通过单位面积和单位长度试样的气体量表示。

K=

式中：

Q——流过气体量cm2

P——试样两端压力表克/cm

或cm水柱

L——试样长度cm

F——试样截面积cm

T——时间（分）

所以透气率的因次为cm4/克.分。

但一般把透气性作无因次值。

②、试块标准450*50.8，气钟产生的压力为10克/cm2，气钟容量为2000cm3：

通往型砂试样前的通气孔规格为大孔φ1.5mm，不装试样的通过2000cm3，空气的时间为0.5分±0.25秒；小孔φ0.5mm，透气的时间为4.5分±1.5秒。

透气性<50时用φ1.5通气孔，当伐帽上一侧的标记对准试座上的标记点D时，为φ1.5的孔的工作位置。

实验步骤：

（一）湿透气性的实验

1、调节低脚调平脚，使仪器保持水平，并使伐座旋钮处于“关闭”位置；拧开水尺防坐加水帽，将水慢慢灌入水尺中，使水尺水面度与标尺“0”位线对齐，如误差不大，可调节水尺螺帽，如水太多，可拧开防水帽，把多余的水放出。

2、拔出气钟，加水到筒中，加水量应使气钟上的“0”位线能与水筒上端口齐为宜。

切记，不要使水加到中心馆眼中。

3、将冲制好的砂样，连同试筒一起套在橡皮试座上，同时调节标尺为0位线对齐。

4、掀下气钟顶端的握手放气阀，并上提气钟（注意这时三通开关一定放在“关”的位置），当气钟上“0”位线与水筒上端正齐后，再旋动三通开关至“工作”位置，气钟开始下降，空气自气钟内中心管进入水室，使水柱上升，由标尺上读得得水柱高度后，砂透气性越大，空气通过型砂试样跑走的越多，水柱高度越低）再在换算表面上套除透气率。

其工作原理见示意图。

透气性测定仪原理图

1套筒，2固定在套筒内的管子；3钟罩；4加重圆环；5固定在钟罩内的管子；

6三通阀；7一试样；8一压力表；9一压力表标尺；10一通气塞；11一密封用股皮圈。

（二）干透气性试样

将冲制好的试样用顶柱从冲筒中顶出，然后放在烘箱中，烘干，再把干试样放在干透气性试筒中，并给橡皮套充气，使试样密封，然后将试筒插入试座上即可进行干透气性实验，操作方法同湿透气性试样。

四、每次实验三个试样、取平均值作为该型砂的透气率，差三个试样数据之间相差>10%应重做。

将实验数据填入表五中。

步骤八、测定型砂粘土含量百分率

实验目的：

粘土含量是影响强度和透气性的重要因素，生产中随着型砂复用次数增高废品增多，因此要进行含泥量百分率的检验。

实验步骤：

1、将烘干的型砂50±0.1克，放在容量为600毫升的洗砂杯中，再加入285毫升水和15毫升浓度为1%的苛性钠（NaOH），将此混合液放到电炉上煮沸3~5分钟。

2、把洗砂杆装到洗砂机托盘上，启动电动机工作十分钟。

3、取下洗砂杯仔细冲洗粘在杯壁上的泥沙，然后注入清水150mm标线处，用玻璃棒搅拌，静止十分钟。

4、用虹吸去上部混水。

（虹吸管端至沉沙表面，距离应为12~13mm。

若这时出现絮状物，应提高虹吸管至絮状物上表面，然后随絮状物下降而移动，接着添清水约300毫升，搅拌10分钟，在加水至标线处，取下洗杯静止8分钟，再用虹吸管吸去混水，如此进行三次、四次………….，搅拌10分钟静止5分钟，反复多次澄清为止。

5、用滤纸滤出清洗过的砂，放在105℃~110℃下烘干约1小时左右，取出待冷后称重。

6、计算型砂粘土含量：

Q1——洗砂前试样重（本实验取50克）

Q2——洗砂后试样重

7、将计算数据填入表六中

Q1

Q2

x2

五、撰写实验报告

1.实验名称、实验内容、实验步骤，所用设备仪器2.实验数据：

型砂配方（加入量及混辗时间）、填表（实测数据及平均值）

实验二金属工艺原理方法模型观摩实验

一、实验目的和要求

通过到模型室观摩各种金属工艺原理模型，了解各种几何表面的成形原理，通过实验加深对常用加工方法的工艺特点的掌握。

二、实验内容

1、了解各种模具结构特点及其工作原理，包含简单冲模、连续冲模、复合模等。

2、车床及车削加工过程：

车床车削时切削力的分解、车刀的主截面及辅助平面、车刀的种类和用途：

（成形刀、宽刃精车刀、切断刀、右偏刀、弯头端面刀、螺纹车刀、左刃偏刀、圆弧车刀、端面车刀）、轴的车削工艺。

3、铣床及铣削加工：

铣床、圆柱铣刀受力分析、端铣刀受力分析、铣沟槽（指状铣刀）、铣T型槽、铣燕尾槽、铣沟槽（盘形铣刀）、铣V形槽、铣齿轮等工艺过程及特点。

4、刨床及刨削加工：

刨床、刨刀切削部分的几何角度、刨削中的几个平面、刨平面、刨垂直面、刨斜面、刨直角沟槽、刨V型槽、刨T型槽、刨燕尾槽、刨成型形面。

5、磨床及磨削加工：

磨削力、内圆磨削、平面磨削、齿轮磨削、外圆磨削等工艺过程及特点。

6、齿轮加工：

滚齿模型、插齿模型、剃齿模型、齿轮毛坯、精加工、精车端面和精镗内孔倒角、磨端面、上心棒车外圆倒角、插键槽、钻幅板孔、滚齿去毛刺等。

三、实验报告

实验报告内容包括：

实验目的和各种成形方法的基本特点介绍。

金属工艺学

本科实验报告

专业班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

2012年11月

【实验一】型砂性能实验

1.实验地点：

2.实验目的：

为了使各种材料彼此之间均匀接触，提高型砂强度，保证型砂性能的均匀性，因此除正确配比外，必须将原材料放入混砂机中混制；制样是进行型砂性能实验的必备工作，只有试样合格，才能保证各种性能实验的准确性，因此必须进行制样技能的训练；型砂强度是影响铸件质量的重要因素，强度不适，往往造成夹砂，砂眼，变形等缺陷，因此从事铸造工作的技术人员必须具有测定型砂强度的实际技能；型砂透气性差常常造成气孔，使铸件报废。

生产单位在生产过程中应经常检查透气性是否合格，因此掌握准确的进行透气性实验的技能是十分重要的。

3.实验内容：

4.实验设备及器材：

辗轮式混砂机；锤击式制样机；万能强度实验仪；透气性测定仪

5.实验数据：

表1：

原砂颗粒组成数据

12#

20#

28#

45#

55#

75#

100#

150#

200#

260#

克

％

克

％

克

克

％

克

％

克

％

克

％

克

％

克

％

原砂粒度表示为：

表2：

型砂、原砂含水量实验数据

Q1克

Q2克

烘干时间

％

表3：

型砂性能测试数据

主要成分%

性能

新

砂

旧

砂

陶

土

煤

粉

碱

面

其他

水

分

透

气

性

湿

压

干

拉

抗

弟

抗

剪

备

考

干

湿

6.实验总结：

【实验二】金属工艺原理方法模型观摩实验

1.实验地点

2.实验目的：

通过到模型室观摩各种金属工艺原理模型，了解各种几何表面的成形原理，通过实验加深对常用加工方法的工艺特点的掌握。

3.实验内容：

1）了解各种模具结构特点及其工作原理，包含简单冲模、连续冲模、复合模等。

2）车床及车削加工过程：

车床车削时切削力的分解、车刀的主截面及辅助平面、车刀的种类和用途：

（成形刀、宽刃精车刀、切断刀、右偏刀、弯头端面刀、螺纹车刀、左刃偏刀、圆弧车刀、端面车刀）、轴的车削工艺。

3）铣床及铣削加工：

铣床、圆柱铣刀受力分析、端铣刀受力分析、铣沟槽（指状铣刀）、铣T型槽、铣燕尾槽、铣沟槽（盘形铣刀）、铣V形槽、铣齿轮等工艺过程及特点。

4）刨床及刨削加工：

刨床、刨刀切削部分的几何角度、刨削中的几个平面、刨平面、刨垂直面、刨斜面、刨直角沟槽、刨V型槽、刨T型槽、刨燕尾槽、刨成型形面。

5）磨床及磨削加工：

磨削力、内圆磨削、平面磨削、齿轮磨削、外圆磨削等工艺过程及特点。

6）齿轮加工：

滚齿模型、插齿模型、剃齿模型、齿轮毛坯、精加工、精车端面和精镗内孔倒角、磨端面、上心棒车外圆倒角、插键槽、钻幅板孔、滚齿去毛刺等。

4.实验设备及器材：

各种金属工艺原理模型

5.各种成形方法的基本

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