机械制造基础实验指导书

机械制造基础实验指导书前言机械制造基础实验是机械类及相关专业核心实践教学环节，旨在通过系列实验将理论知识与工程实践深度融合。实验涵盖材料成形（铸造、焊接）、切削加工（车、铣、刨）、热处理等核心工艺，帮助学生掌握设备操作、工艺参数优化、质量分析等技能，为后续专业学习与工程实践筑牢基础。实验一砂型铸造工艺实验一、实验目的1.掌握砂型（芯）手工造型工艺，理解分型面、浇冒口等工艺设计原理。2.分析型砂性能（透气性、强度）对铸件质量的影响，识别气孔、砂眼等典型缺陷。3.熟悉铸造设备（混砂机、造型机）操作规范，建立“工艺-质量”关联思维。二、实验原理砂型铸造以型砂（原砂+粘结剂+附加物+水）为造型材料，通过模样形成型腔，浇注液态金属后获得铸件。型砂需具备：透气性：排出型腔气体，避免气孔；湿强度：支撑铸型在搬运、浇注时不变形；退让性：减少铸件收缩时的机械应力。造型工艺包括模样准备（分模/整模）、型砂配制（配比调整）、造型制芯（舂砂、起模）、合型浇注等环节，工艺参数（紧实度、起模斜度）直接影响铸件精度。三、实验设备与器材造型工具：砂箱（200×150×100mm）、模样（阶梯轴/带孔件）、舂砂锤、通气针、修型刀；型砂材料：石英砂（70/140目）、粘土（膨润土）、煤粉（附加物）、水；辅助设备：混砂机（或手工搅拌盆）、型砂透气性仪（可选）、电子天平（称量配比）。四、实验步骤1.型砂配制按配比（石英砂90%+粘土8%+水2%，可调整）称取材料，倒入混砂机搅拌5~8分钟（手工搅拌需充分揉搓至“捏团不散”状态）。预留部分型砂，用透气性仪测试其透气度（标准值：100~200）。2.手工造型（两箱分模造型）填砂舂实：砂箱置于底板，模样（分模）放于中央，分型面朝上。分层填入型砂，用舂砂锤均匀舂实（边缘密、中心疏，避免模样变形），砂面略高于箱口后刮平。翻转造下型：上砂箱（带模样）翻转，放置下砂箱，定位销对准。填入型砂并舂实，刮平后挖出浇道（φ8~10mm，从砂箱边缘引入）、冒口（φ15~20mm，位于铸件厚大处上方）。起模修型：用起模针轻敲模样，沿分型面缓慢取出。用修型刀修补型腔（填补损坏处），通气针扎出排气孔（间距20~30mm）。合型固定：下砂箱分型面涂泥浆（增强粘结），对准定位销合型，压铁（重量为铸件的3~5倍）固定砂型。3.浇注与落砂（可选）预热浇包，烘干砂型（去除水分）；配制易熔合金（如Al-Si合金，浇注温度720~750℃），缓慢倒入浇道。凝固后（冷却15~20分钟），敲落型砂，清理浇冒口，观察铸件缺陷。五、数据记录与处理1.型砂参数：配比（砂、粘土、水质量）、混砂时间、透气度测试值。2.工艺参数：砂箱尺寸、模样尺寸、舂砂紧实度（用硬度计测量，标准值：80~90）、浇冒口尺寸。3.铸件质量：表面粗糙度（Ra12.5~25μm）、缺陷类型（气孔、砂眼、缩孔）及成因分析（如透气度过低→气孔，舂砂过松→砂眼）。六、注意事项1.造型时避免模样偏移，舂砂均匀；起模需稳，损坏型腔及时用同配比型砂修补。2.浇注时佩戴护目镜、隔热手套，远离飞溅区；金属液凝固前严禁开箱。3.实验后回收型砂，清理设备，工具归位。七、思考题1.型砂中加入煤粉的作用是什么？水分过多会导致哪些缺陷？2.分模造型与整模造型的适用场景有何区别？举例说明。实验二金属切削加工基础实验（车削）一、实验目的1.熟悉CA6140车床结构与操作，掌握工件装夹、车刀安装规范。2.理解车削原理，掌握切削参数（v、f、aₚ）选择方法，分析参数对加工质量的影响。3.观察切削过程，识别刀具磨损形态（月牙洼、后刀面磨损），建立“参数-质量-刀具寿命”关联。二、实验原理车削通过工件旋转（主运动，速度v=πdn/1000，d为工件直径，n为转速）和车刀直线移动（进给运动，进给量f为每转进给距离）去除余量。切削参数与加工效率、表面质量密切相关：切削速度v↑→加工效率↑，但刀具磨损↑；进给量f↑→表面粗糙度Ra↑，但切削力↑；背吃刀量aₚ↑→切削力↑，但加工效率↑。刀具材料（硬质合金/高速钢）需具备高硬度、耐磨性，切削热通过切屑、工件、刀具传导，过高温度加速磨损。三、实验设备与器材设备：CA6140卧式车床、切削液冷却系统；刀具：90°外圆车刀（硬质合金）、切断刀；工件：45钢棒料（φ30×150mm）、铝棒（对比切削性能）；量具：游标卡尺、千分尺、表面粗糙度样板。四、实验步骤1.车床准备检查主轴、导轨润滑，安装三爪卡盘，校正卡盘平面与主轴轴线垂直度（≤0.05mm）。2.工件装夹卡盘装夹工件一端（伸出长度80~100mm），划针盘校正径向圆跳动（≤0.05mm），拧紧卡爪。3.车刀安装外圆车刀装于刀架，调整刀尖高度（与主轴轴线等高，垫铜片校准），刀具伸出长度≤刀杆高度的1.5倍；校正主偏角（90°）、副偏角（10°~15°）。4.切削参数选择加工45钢（硬质合金刀）：v=120~150m/min，f=0.1~0.2mm/r，aₚ=1~3mm。计算转速n=1000v/(πd)，调整车床转速、进给量手柄。5.试切与加工启动车床，手动移动刀架至工件右端，车端面（去除毛坯端面，保证平整）。径向进刀至aₚ，启动自动进给，车外圆（长度60~80mm）。观察切屑形态（带状/节状），听切削声音，判断切削状态。如需切断（可选），更换切断刀，调整参数（v=80~100m/min，f=0.05~0.1mm/r），分多次进刀（aₚ≤3mm/次）。6.质量检测停车后，千分尺测外圆尺寸（精度IT8~IT10），粗糙度样板对比表面质量（Ra1.6~6.3μm）；放大镜观察刀具磨损（后刀面磨损带宽度VB≤0.3mm为正常）。五、数据记录与处理1.切削参数：d、n、f、aₚ、加工时间t。2.加工尺寸：加工前/后直径（d₀、d₁）、长度（L₀、L₁），计算金属切除率Q=πdaₚfn/1000（mm³/s）。3.刀具磨损：后刀面磨损带宽度VB，分析v、f、aₚ与VB的关系（如v↑→VB↑）。六、注意事项1.车床启动前，检查刀架、卡盘锁紧状态，严禁戴手套操作。2.切削时严禁触摸工件/刀具，调整参数或测量需停车。3.刀具安装牢固，出现异响/振动立即停车，调整参数或换刀。七、思考题1.切削速度、进给量、背吃刀量对切削力、表面粗糙度的影响规律是什么？2.刀具磨损的三个阶段（初期、正常、急剧）有何特点？如何选择换刀时机？实验三手工电弧焊工艺实验一、实验目的1.掌握手工电弧焊设备（BX1-315焊机）操作，熟悉焊条选择与电弧引燃方法。2.理解焊接工艺参数（焊接电流I、电弧电压U、焊接速度v）对焊缝质量的影响。3.分析焊缝缺陷（气孔、咬边、未焊透）成因，掌握焊缝外观检测方法。二、实验原理手工电弧焊通过焊条与工件间的电弧（温度6000~8000℃）熔化母材与焊条，形成焊缝。工艺参数需匹配：焊接电流I↑→熔深↑，但飞溅↑、焊条发红；电弧电压U↑→熔宽↑，但电弧不稳定；焊接速度v↑→焊缝余高↓，但易未焊透。焊条药皮（如J422焊条的TiO₂型药皮）起造气、造渣、脱氧作用，保护熔池免受空气侵入。三、实验设备与器材设备：BX1-315交流弧焊机、焊钳、地线夹；材料：Q235钢板（100×50×6mm）、J422焊条（φ3.2mm）；量具：焊缝量规、放大镜、温度计（测焊条烘干温度）。四、实验步骤1.设备调试焊机接入380V电源，调整电流调节旋钮（焊接电流I=100~120A，匹配φ3.2焊条），检查地线夹与工件接触是否良好。2.焊条烘干J422焊条需经150~200℃烘干1~2小时，去除水分（防止气孔），放入保温筒（80~100℃）待用。3.焊接操作引弧：划擦法（焊条轻划工件表面，迅速提起2~4mm）或直击法（焊条垂直敲击工件，迅速提起），引燃电弧。平焊操作：保持电弧长度（2~4mm，即U=20~25V），沿焊缝方向匀速移动（v=15~20cm/min），焊条角度70°~80°（前倾）。熄弧：焊接结束时，焊条向焊缝方向送进1~2mm，缓慢提起，避免弧坑裂纹。4.焊缝检测冷却后，用焊缝量规测余高（≤3mm）、熔宽（8~12mm）；放大镜观察气孔、咬边（深度≤0.5mm）、未焊透（深度≤1mm）等缺陷。五、数据记录与处理1.工艺参数：I、U、v、焊条烘干温度/时间、焊接层数（单层焊）。2.焊缝尺寸：余高h、熔宽b、焊缝长度L。3.缺陷分析：气孔数量（≤2个/100mm）、咬边长度（≤10%焊缝长度），分析缺陷与参数的关系（如I过小→未焊透，v过快→咬边）。六、注意事项1.焊接时佩戴面罩、手套，穿绝缘鞋，远离易燃易爆物。2.焊条烘干后需在4小时内使用，剩余焊条重新烘干（次数≤2次）。3.焊后清理焊缝飞溅，关闭焊机电源，整理电缆。七、思考题1.焊条药皮的作用有哪些？为何酸性焊条（J422）不需严格烘干？2.焊接电流过大或过小会导致哪些缺陷？如何通过电弧声音判断电流是否合适？附录一、实验报告格式示例1.实验名称、目的、原理（简述）；2.实验设备、材料（列表）；3.实验步骤（流程图/文字说明）；4.数据记录（表格形式，含参数、尺寸、缺陷）；5.结果分析（参数对