材料加工试验轧制测试技术实验指导书.docx

1、材料加工试验轧制测试技术实验指导书课程实验指导书院（系） 材料与冶金工程系专 业 金属材料工程年 级 四 年 级课程名称 轧制测试技术实验孙斌主编2008年11月17日前言实验和试验研究是理工大学生必备的知识能力，也是学习知识、掌握技能的重要环节。金属材料工程专业在本着加强理论教学的同时，大力加强实验教学，以培养学生既有深厚的理论功底，又有多方面的动手试验研究能力为目标，编写了“轧制测试技术实验”一书。本书是参照了一些国内外的有关资料，以及我们在教学和科学研究实践中的粗浅体会编写的，目的在于使学生掌握有关测试技术的基本理论和方法，并通过实际操作培养学生具有一定的实验技能。本实验主要包括：电阻应

2、变片粘贴技术、电阻应变片的接法以及电桥的和差特性、动态电阻应变仪的使用与传感器标定、实测轧制压力、轧机扭转力矩测量等五项实验。本实验指导书是根据金属材料工程专业轧制测试技术课程等教学大纲要求编写。在编写此指导书时，得到了黄佩武老师、李康情老师的大力支持，在此表示衷心感谢！由于编者水平所限，经验不足，加之时间仓促，书中错误和不当之处在所难免，敬请读者批评指正。 编 者：孙斌 二00八年十一月金属材料工程专业实验教学大纲课程编号：课程名称：轧制测试技术实验实验时间/学分：共10学时适用专业：金属材料工程一、实验的性质和目的金属材料工程专业实验是一项与工程实践密切联系的科学技术课程，是理论联系实际的

3、教学活动，是本专业最重要的实践性教学环节之一。通过专业综合实验帮助金属材料工程专业学生掌握实验的基本方法，掌握实验研究的基本内容，了解金属材料加工的实验以及当代研究的新方法，掌握实验报告的写作程序和规范，以提高学生的理论功底和专业素养，培养他们的动手和操作实验的能力，提高他们的科学思维能力和分析判断能力，形成科学严谨的研究态度。 二、实验基本要求1、在实验中，教师要本着准确、严谨、科学态度指导学生认识、了解各种实际问题；2、严格遵守各项规章制度、作息时间、实验安排，服从统一安排，不得无故缺席；3、注意安全用电，离岗及时断电；4、在规定实验时间内完成实验任务，不得拖延；5、要求实验内容丰富，具有

4、实际意义；6、专业综合实验完毕后要求学生写出实验报告。三、实验内容、形式和时间安排序号实验项目名称时数形式1电阻应变片粘贴技术2讲授、现场操作2电阻应变片的接法及电桥的和差特性2讲授、现场操作3动态电阻应变仪的使用与传感器标定2讲授、现场操作4实测轧制压力2讲授、现场操作5轧机扭转力矩测量2讲授、现场操作时间安排：第7学期，10学时。 四、组织实施1. 专业实验不得免修，综合实验必须配备符合条件的指导教师。学生应在指导教师的指导下，认真完成综合实验的工作任务。指导教师对实训内容选择、综合实验报告的质量负有指导、监督的职责，负责对学生综合实验签署意见并给出学生综合实验的成绩。2指导教师必须由具有

5、本科及以上和中级（含）以上专业技术职务的专职教师担任或具有高级技术职务的专业人员担任；3指导教师须保证投入足够时间和精力用于学生综合实验的指导。五、实验考核方式：平时成绩占总成绩的40% 对平时每次实验课结束后的实验报告成绩的综合评定；期末成绩占总成绩的60%当场进行一项实验，要求学生在实验结束后，立即完成一份实验报告，根据实验报告完成情况来评定。整个实验成绩分为优、良、中、及格和不及格五种，成绩评定的主要依据如下：1. 出勤考核占20%；2学生独立完成任务占20%；3实训完成情况占40%； 4总结报告占20%。5有下例情况之一者，要酌情减分：有抄袭行为或有意给别人抄袭。损坏或丢失实验室物品，

6、包括元器件、仪器设备和工具。（3） 迟交总结报告。目 录实验一 电阻应变片粘贴技术1实验二 电阻应变片的接法以及电桥的和差特性4实验三 动态电阻应变仪的使用与传感器标定7实验四 实测轧制压力11实验五 轧机扭转力矩测量14实验一电阻应变片粘贴技术一、实验目的通过电阻应变片的粘贴实验，熟悉常温电阻应变片的粘贴工艺及粘贴后的检查工作。二、实验内容（）电阻应变计的外观检查及阻值分选。（）贴片工艺。（）粘贴后的质量检查。（）组桥接线。（）粘贴后的防潮处理。三、实验设备和器材（）常温电阻应变片若干片，连接导线，钢尺，划针。（）电阻测仪表，如OJ-23型-24型单壁电桥或数字万用表。（）电烙铁（20W）、

7、镊子、放大镜等工具。（）等强度梁、温度补偿板。（）丙酮、石蜡、脱脂棉、纱布等。（）100V兆欧表、万用表。四、实验步骤.外观检查和阻值分选（）用五倍以上放大镜检查应变片本体是否完整；有否霉点、锈斑、引线是否牢固，要求敏感栅排列整齐。（）用万用表测量应变计是否短路、断路、再用惠斯登电桥逐片测量阻值并记录其数值。（）配桥：要求组成电桥各臂的阻值大致相等或相对二臂之积大致相等，其最大误差限制在0.5以内。.贴片位置确定及表面清理（）电阻应变片的粘贴位置是根据被测试件的受力情况和具体测试方法来确定的，本实验假定要测量矩形梁受载时的弯曲变形，测试方案中一般采用全桥测量。在测量截面上贴四片电阻应变片。其布

8、片方式如图1-1所示，即上下表面各并排贴二片电阻应变片。根据电桥的和差特性，将和两片应变片贴在上表面，和两片应变片贴在下表面其组桥方式如图1-2所示。 1 图1-1应变片布片方式 图1-2应变片组桥方式（）对贴片表面进行机械清理，去氧化皮、油污、铁锈等。用砂纸将贴片部位打光至，再交叉打磨成与应变片轴线呈45的交叉纹路。（）化学清理，用镊子夹丙酮棉球（酒精棉球）清理其表面，直到所用棉球和没用过的棉球一样时为止。.贴片用双手保持清洁，严禁手指摸清洗过的表面，或用嘴吹气，贴片前最好将贴片部位预热驱潮。用501（502）胶水涂在应变片的背面，被粘贴表面也同时涂好黏结剂，然后将应变片对准方位贴在被贴表面

9、，此时在应变片上面放一小块聚四氟乙烯薄膜后，用拇指压紧应变片的一端，从这一端向另一端挤压数次。挤出多余的胶水和气泡，轻轻掀开薄膜，检查有无气泡、翘起脱胶、移位等现象，否则需重贴。注意：粘结剂要用得适当。过多时胶层太厚影响应变片性能；过少粘结不牢，不能准确传递变形。指压时用力要适当，防止胶液全部被挤出或压坏敏感栅。不要将胶液弄到皮肤上。.检查粘贴质量（）检查贴片下有没有气泡，位置准确与否，引线不能贴在试件上。（）贴片前后，应变片阻值不应有变化。（）用万用表检查应变片有无断路和短路现象。（）用低压摇表（兆欧表）检查电阻应变片与试件的绝缘电阻值。应变片与试件间绝缘电阻一般在200M以上。.组桥接线为

10、了防止应变片使用和焊接中被撕断，最好不直接把连线与引线焊接，或把连线直接焊在应变片上，建议采用端子和胶布固定连线的办法，事先把应变片的两条引线分别弯成一个平弯焊在端子上，再从端子上焊接连线，连线排列应尽量整齐、规则，以便于检查，并用白胶布或胶带把它固定住。将应变片引线的根部用氧化锌胶布固定在试件上，再按桥路的串、并联焊接导线。注意焊锡不要过多，焊接时间不要过长，防止假焊。最好用不同颜色的导线。 2.防潮处理一般来说，轧机用测力传感器的工作环境十分恶劣，往往有灰尘、油、水和蒸汽等。故要求防潮处理，用绝缘胶布将整个桥路包好，再敷以白布带，最好用石蜡封好（桥路引线要外露）。长期使用，需涂敷专门配制的

11、防潮剂。五、实验报告要求简述贴片、接线、检查等主要步骤。 3实验二 电阻应变片的接法以及电桥的和差特性一、实验目的（1）掌握单臂、双臂、四臂电桥的组桥方法；（2）熟悉电桥调平衡的线路和原理；（3）了解静态电阻应变仪的使用方法；（4）验证电桥输出公式：。二、试验仪器和设备（）等强度梁或悬臂梁及砝码； （）（K=2.0）电阻应变计（已贴在等强度梁上）；（）YJ-25静态电阻应变仪、补偿块、电桥盒三、实验原理利用悬臂梁受力弯曲，上下表面产生延伸和压缩变形的现象，在悬臂梁表面粘贴应变片。组桥后在桥路一个对角供电，另一个对角测量输出值。改变桥路中有效应变片的数量，在同样加载变形条件下测量输出值，验证电桥

12、输出公式：，从而理解桥臂系数的含义。设电桥为等臂电桥，即。而且每个桥臂均发生变化分别为、时，则电桥输出电压为： 根据电桥和差特性，由上式可知电桥的输出电压与电阻变化或应变变化有关。在实际应用中可根据需要对不需测量的信号进组桥，以便消除。、电桥单臂工作，输出电压为。、相邻两臂工作（）设电阻变化为异号时，输出电压为，此时的输出信号为实际单个测量信号的两倍。（）设电阻变化为同号时，输出电压为。、相对两臂工作（）设电阻变化为同号时，输出电压为。（）设电阻变化为异号时，输出电压为。 4、四臂工作四臂工作，且相邻电阻变化为异号，相对臂为同号时，电压输出为，电桥的输出信号为实际信号的四倍。四、实验步骤、电桥

13、盒的联接电桥盒内装有两个120的无感线绕电阻R3和R4及一个100云母电容C0 ，如图2-1。半桥测量R3和R4充当电桥中的两个桥臂，全桥测量时R3和R4被断开不用，根据实验要求，联接好桥臂线路，接好电桥盒。接好仪器之间的连接线、电源线，接线如图2-1。图2-1电桥盒接线图、仪器使用（）接通电源，按下电源开关；（）按下“基零”开关，调节“基零”电位器，使显示为时，则按下“粗”；（）按下“测量”开关，调节“电阻平衡”电位器，使显示为，这时将“粗/细”开关置于“细”，并调零，若调零无法调到时，则按下“粗”；（）调整灵敏系数盘，使指示“2.00”；（）将后面板“标定”档开关打置“电桥盒”档；（）反复

14、调节平衡，为了提高测试精度，若测试条件允许，每隔一段时间，校对一下平衡和标定值读数（在无载荷情况下）；（）再次按下“测量”开关，仪器即可开始测量。 5、加载实验按实验要求进行加载，将测量值填入表21中。表21 载荷接法KgKgKgKgKg电桥单臂工作相邻两臂工作异号相邻两臂工作同号相对两臂工作同号四臂工作五、实验报告分析四种组桥方案的实验数据，并加以讨论。 6实验三动态电阻应变仪的使用与传感器标定一、实验目的（）熟悉动态电阻应变仪的原理、结构。（）掌握动态电阻应变仪的使用、调试方法。（）掌握动态电阻应变仪的标定方法。二、实验仪器与设备（）YD-21型动态电阻应变仪。（）等强度梁或矩形梁及砝码。

15、（）低频信号发生器。（）SC-16型示波器或EMC-2000型-瞬态波形存储记录仪三、实验步骤（一）YD-21型动态电阻应变仪的使用.电桥盒的联接半桥测量时，按图3-1（b）接线，为工作片为补偿片，全桥测量时按图3-1（c）接线,和为工作片，和为补偿片。在使用联接导线时用同一型号，同规格的金属导线。 a b c图电桥盒的联接.仪器的联接（）将电桥盒另一端的插头插入应变仪后面板下部的“输入”插座内，并将插头旋紧。（）将输出线一端的二芯插头，分别插入应变仪后面板上的“低阻输出”插口中，另一端的接线叉分别接到EMC-2000型-瞬态波形存储记录仪或型示波器相应的输入中。 7 （）检查仪器各开关的初始

16、位置，电源开关在“关”，衰减开关在“”，标定开关在“断开”，型示波器电源开关在“关”位置。（）接通电源（220V、52HZ）。.YD-21型动态电阻应变仪平衡调整（）指示电表的机械零位调整，用螺丝刀使电表指针指零（在无信号时进行）；（）基零调整（该项已调好）（）电阻电容平衡调整转换“预静”开关位置，分别调节“”和“”，调节到输出指示表在“预”和 “静”位置都指零；（）把型示波器调整好待用。（二）、内标定连接好电路图，并将信号接到动态电阻应变仪上。“+”.在无信号输入时，观察应变仪显示是否为“”，记录一段“零”线。.将标定开关置于“+”位置，给出相应的电标定值标（按下标定应变100、200、50

17、0、1000等键中的一键），记录一段，做为标定值，然后标定在“”，再记录一段。.打开低频信号发生器开关，同时按下拍摄按钮，记录信号。.关低频信号发生器开关，再记录一段零线。正应变信号最大值（微应变）负应变信号最大值（微应变）式中额定标定应变（微应变）（三）、外标定本实验的标定梁为等强度梁或矩形梁，测出梁上在加载荷时的弯曲变形与理论计算相对应。在等强度梁或矩形梁上已贴好四片电阻应变片（、），并已密封。.标定（）将要标定的传感器安装在标定装置上，接入测量装置（如应变仪和记录仪器）调其平衡，使初始读数为零或打出零线。（）根据传感器的量程分级加载，（一般分为级）从零载开始逐级加载至额定载荷为止，记录下

18、各级载荷量i以及与其对应的输出值i。接着按同样的级差卸载并再次记录。以得到如图2示波图形（加载前、后均打一次电标定）。 8图32传感器的标定示波图(a)和标定曲线(b)四、数据处理）量出外标定时对应加500g、1000g、1500g、2000g、2500g载荷的记录曲线中各载荷的光高，记于表内，并根据等强度梁、矩形梁的几何尺寸计算出应变值i，填入表中，计算出各级载荷的应变比例尺，然后计算出平均应比例尺和标定系数k。表载荷/gi（hi）5001000150020002500 9五、实验报告要求（）简述传感器的标定方法。（）说明组成半桥和全桥时应变计在电桥合上的具体接法。（）本实验中应注意哪些影响

19、实验进行的问题。（）根据上表数据，用方格纸绘出标定曲线（横坐标为i纵坐标为i，）并计算表中的算据。 10实验四实测轧制压力一、实验目的、学习轧制压力传感器的标定和实测方法；、熟悉动态电阻应变仪的性能及操作规程；、将实测的结果与理论计算进行比较。二、仪器与设备130mm实验轧机，材料实验机，YD-21型动态电阻应变仪，SC-16型光线示波器或EMC-2000型-瞬态波形存储记录仪；轧制压力传感器；铅板、铝板。三、实验原理轧制力的测量方法有两种：应力测量法和传感器测量法，本实验采用传感器测量法。电阻应变式传感器是由贴在弹性元件上的应变片将应变转换成电阻变化。再利用电桥将电阻变化转化成电压变化，然后

20、送入放大器放大，由记录器记录。最后利用标定曲线将测得的应变值推算出轧制压力大小。由于电阻应变技术的发展，电阻应变式传感器已被广泛应用在测量轧制力上。轧制力的测量是把压力传感器安装在压下螺丝和上轴承座之间，通过电桥盒接入动态电阻应变仪和光线示波器构成轧制力的测试系统。并由光线示波器记录下随时间变化的轧制力曲线。四、实验步骤、轧制力传感器的压力标定（）按照图示组装测试系统：连接轧制力传感器与电桥盒、YD-21型动态电阻应变仪、EMC-2000型-瞬态波形存储记录仪。（）将轧制力传感器，球面垫，标定垫正确装配好后，放置在材料试验机下压板的正中间处。（）检查各通道，调初始平衡后，将动态电阻应变仪调整部

21、分恢复到标定状态。（）做电标定记录。（）试测，观察应变仪和示波器的工作情况。如光点方向和光点高度不适当，则应调正。 11（）启动材料试验机，用1、2、3、4、5的压力梯度进行加载和卸载，将被测信号和电标信号数值一起填入表中，至少重复两次。并用EMC-2000型-瞬态波形存储记录仪，记录下各级载荷输出的波形，重复两次。（）打印标定输出的波形。图41传感器的标定示波图(a)和标定曲线(b)、轧制力的测定分析（）轧制力传感器与测量仪器的联接（应与标定时相同）；（）检查各仪器的工作状态，将动态电阻应变仪调整部分恢复到测量状态；（）取下轧机安全臼，将轧制力传感器正确安装在轧机的压下螺丝和上轴承座之间；（

22、）调整轧辊，使上下轧辊在水平面上相互平行，并且有所需要的开口度；（）开动轧机（低速），以适当压下量将轧件（铝板）轧过去，并用EMC-2000型-瞬态波形存储记录仪及时地将轧制压力的波形记录下来；（）打印实测轧制压力输出的波形。图42计算机采集轧制力记录曲线 12五、实验报告要求（）用框图表示实验测试系统；（）详细叙述本次测试实验的步骤；（）利用实测数据和记录曲线，用实验三计算方法计算轧制压力。（）用理论公式计算轧制力与力矩，然后和实测的结果进行比较。分析比较结果，找出误差存在的原因。 13实验五轧机扭转力矩测量一、实验目的、学习轧机扭转力矩传感器的标定和实测方法；、熟悉仪器的性能及操作规程；、

23、将实测的结果与理论计算进行比较。二、仪器与设备130mm实验轧机，YD-21型动态电阻应变仪，SC-16型光线示波器或EMC-2000型-瞬态波形存储记录仪；轧机扭转力矩传感器；铅板、铝板。三、实验原理轧机联接轴应变测量主要是解决旋转时应变信号如何传送的问题。粘贴在轧机联接轴上的应变片和导线一起随着转动，测量仪器则是固定的，因此需要一种专门的装置把应变信号从联接轴上引出传送给固定的测量仪器，供放大、显示和记录。这种装置叫做集电装置。所以对力矩的测量，集电装置是必不可少的。接触式集电装置有拉线式、电刷式、水银式。拉线式集电装置结构如图所示，用螺栓把两个半圆形滑环（由胶木或尼龙制成）固定在转轴上，

24、并随之转动。在滑环的外层车有三至四条沟槽（依半桥或全桥而定），槽中嵌有铍青铜或黄铜带.铜带两端固定在滑环的两个部分面上，其端头焊上导线，以便与应变片引线连接。拉线置于滑环之上，并经绝缘子，用弹簧拉紧固定，仪器的导线焊在拉线上，即可将电信号由拉线引至固定的测量仪器。拉线多采用裸铜丝编织扁线。轧制力矩的测试就是测量轧机主传动轴万向接轴的扭矩。它是采用电阻应变法，通过测量轴体表面的扭应变来测量扭矩的。即在传动轧辊的万向接轴上，按轴线的450粘贴应变计并组成全桥如图所示，然后经过集电装置将信号引出，经电桥盒接入动态电阻应变仪和光线记录示波器记录下轧制时传动轴上扭矩变化的曲线。此曲线随时间变化的幅值需经

25、标定，才是实测的轧制力矩数值。 14图拉线式集电装置结构图图测扭转应变的布片与组桥图四、实验步骤、贴片、按要求在联接轴同一圆周上均匀按450角方向贴片，并连接。、引线、将应变片组桥，引出四个端头接至拉线式集电装置铜环上，并从拉线上引出接到应变仪上。以上步骤除引线接到应变仪上外，其他已由实验老师准备完毕。、调整轧辊，使上下轧辊在水平面上相互平行，并且有所需要的开口度；、开动轧机（低速），以适当压下量将轧件（铝板）轧过去，并用EMC-2000型-瞬态波形存储记录仪及时地将轧制压力的波形记录下来；、打印实测轧机扭转力矩输出的波形。、数据处理，根据测量结果计算出 M值。本实验前应对联接轴进行扭矩标定（

26、间接标定），以获得比例尺。 15a扭矩标定原理扭矩标定就是在所测轴上施加已知的一系列标准力矩，以求得电桥输出与标准力矩之间关系，称标定方程或标定曲线。其标定方法可分两类：直接标定与间接标定，本实验采用间接标定。间接标定方法，有模拟小轴法、应变梁法、在某一桥臂上并联已知电阻法、应变仪给定应变值法等等。从消除材质与应力状态等因素影响来看，最好选用扭转模拟小轴标定法。（）模拟小轴法。做一个比实测轴直径小n倍，材质相同的实心小轴。在小轴上贴片，要求其应变片性能、贴片工艺、组桥方法、测量仪器以及导线等皆与实测轴的条件完全一样。然后将小轴放在扭转试验机上或加载支架上（图53），加载并做出标定曲线。图53模

27、拟小轴法标定根据扭转强度计算公式，若标定时对小轴施加已知扭矩标，则得剪应力为若实测时实测轴产生的剪应力为式中与小轴与实测轴的表面剪应力，Pa；d与D 小轴与实测轴的贴片处直径，mm。当两轴的测试条件、输出值（如光点高度）相同时，则表示两轴产生的剪应力相等（），即 16实际应用上式时，模拟小轴的标定曲线可作为实测大轴的标定曲线使用，只是将标乘以（/d）3即为标。或根据标定曲线求出标定系数K标（标定扭矩M标与光点高度S标之间的比例关系），则M标可写成式中K标扭矩标定系数， Nm/mm； S测实测光点高度，mm；M测标定扭矩，Nm。此法的优点是标定条件比较接近实测条件，设备轻便，易于实现就地即时标定

28、。因而，具有较高的标定精度，是最常用的标定方法。b传动轴传感器的力矩标定步骤（）连接传动轴传感器与电桥盒、YD-21型动态电阻应变仪、EMC-2000型-瞬态波形存储记录仪。（2）检查各通道，调初始平衡后，将动态电阻应变仪调整部分恢复到标定状态。（3）做电标定记录。（4）试测，观察应变仪和示波器的工作情况。如光点方向和光点高度不适当，则应调正。（5）将动态电阻应变仪调整部分恢复到测量状态。（）用1、2、3、4、5的力矩梯度进行加载和卸载，将被测信号和电标信号数值一起填入表中。并用EMC-2000型-瞬态波形存储记录仪，记录下各级载荷输出的波形。（）打印标定输出的波形。五、实验报告要求（）用框图表示实验测试系统；（）详细叙述本次测试实验的步骤；（）利用实测数据和记录曲线，用实验三计算方法计算扭转力矩。（）用理论公式计算轧制力与力矩，然后和实测的结果进行比较。分析比较结果，找出误差存在的原因。参考文献：黎景全主编. 轧制工艺参数测试技术. 北京：冶金工业出版社，2007喻言信主编. 轧制测试技术. 北京：冶金工业出版社，1993那顺桑主编. 金属材料工程专业实验教程. 北京：冶金工业出版社，2004 17