材料加工基础实验报告

工程材料的激光加工开放实验报告

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学号：

组_______ 实验时间：

指导教师签字：

成绩：

一、实验目的和要求

1.了解工程材料激光加工的基本原理和工艺过程；

2.了解激光加工设备的基本组成；

3.通过具体的板料激光加工（切割、焊接等），使学生了解基本概念，工艺特点，以及在工业生产中的具体应用。

二、实验原理

激光束经聚焦后作用到被加工材料表面，为材料吸收转化为热能，在不同的功率密度等条件下，材料表面区域发生各种不同的变化。这种变化包括温度升高、熔化、汽化、形成小孔等。熔化的金属在保护气体作用下结晶凝固形成焊缝；汽化后的金属蒸气在辅助气体的吹力作用下而离开被加工表面形成割缝或孔洞。如果加工过程中加入一定的粉末材料，使其和被加工工件表面部分材料熔合在一起，就可以得到高性能的熔覆层。

三、主要仪器设备及材料

激光加工系统、装夹具、直尺、砂纸、丙酮、酒精、激光器工作气体（高纯CO2、N2、He）、保护气体Ar、切割辅助气体N2和O2、镁合金、铝合金及不锈钢板材

四、实验内容及实验数据记录

1.常见的激光加工工艺过程

激光焊接：……….

激光切割：……….

激光表面熔覆：……….

……….

2.加工过程中出现的常见表面缺陷及产生原因

未焊透……..，下塌……….，弧坑……….，气孔……….，挂渣……….

3.焊接材料：镁合金，板厚为…….，激光功率…….，焊接速度…….。

铝合金，板厚为…….，激光功率…….，焊接速度…….。

碳 钢，板厚为…….，激光功率…….，焊接速度…….。

实验报告

实验名称:加工误差的统计分析

一.实验目的

通过检测工件尺寸，计算并画出直方图,分析误差性质, 理解影响加工误差的因素。掌握加工误差统计分析的基本原理和方法。

二.主要实验仪器及材料

游标卡尺; 工件N件。

三.实验步骤

1.测量各工件上指定尺寸x,并按测量顺序记录如下

2.计算尺寸分散范围R： 由于随机误差和变值系统误差的存在，零件加工尺寸的实际值各不相同，这种现象称为尺寸分散。样本尺寸的最大值Xmax与最小值Xmin之差，称为分散范围。

R= Xmax-Xmin=

3.分组并计算组距△x： 将样本尺寸按大小顺序排列，分成k组，则组距为： △x =R/k。 分组数k一般取为7.

4. 绘制分布曲线（直方图）:

以工件尺寸为横坐标, 以各组中实际尺寸出现的频数作纵坐标, 即可作出等宽直方图。再连接直方图中每一直方宽度的中点(组中值)得到一条折线,即实际分布曲线。

5. 根据分布图分析a.实际分布曲线是否接近正态分布b.实际尺寸平均值与理论尺寸平均值是否相等c.由此可知,误差性质为:

分布图分析法的应用

• 判别加工误差的性质

–是否存在变值系统性误差

• 如果实际分布与正态分布基本相符，说明加工过程中没有变值系统性误差（或影响很小）。

–是否存在常值系统性误差

• 如果尺寸分布中心与公差带中心不重合就说明存在常值系统性误差，误差的大小就是两个中心的不重合度（距离）。

1 实验一、金属材料的硬度实验

一、 实验类型

验证性

二、 实验目的

1、了解硬度测定的基本原理及应用范围。

2、了解布氏、洛氏硬度试验机的主要结构及操作方法。

三、实验仪器与设备

1、HB-3000型布氏硬度试验机；

2、H-100型洛低硬度试验机；

3、读数放大鏡；

四、实验内容：

金属的硬度可以认为是金属材料表面在接触应力作用下抵抗塑性变形的一种能力。硬度测量能够给出金属材料软硬程度的数量概念。由于在金属表面以下不同深处材料所承受的应力和所发生的变形程度不同，因而硬度值可以综合地反映压痕附近局部体积内金属的弹性、微量塑变抗力、塑变强化能力以及大量形变抗力。硬度值越高，表明金属抵抗塑性变形能力越大，材料产生塑性变形就越困难。另外，硬度与其它机械性能（如强调指标b及塑性指标和）之间有着一定的内在联系，所以从某种意义上说硬度的大小对于机械零件或工具的使用性能及寿命具有决定性意义。

硬度的试验方法很多，在机械工业中广泛采用压入法来测定硬度，压入法又可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。

压入法硬度试验的主要特点是：

（1）试验时应力状态最软（即最大切应力远远大于最大正应力），因而不论是塑性材料还是脆性材料均能发生塑性变形。

（2）金属的硬度与强调指标之间存在如下近似关系。

HBKb

（3）硬度值对材料的耐磨性、疲劳强度等性能也有定性的参考价值，通常硬度值高，这些性能也就好。在机械零件设计图纸上对机械性能的技术要求，往往只标注硬度值，其原因就在于此。

（4）硬度测定后由于仅在金属表面局部体系内产生很小压痕，并不损坏零件，因而适合于成品检验。

实验一 金属结晶过程及铸锭组织观察

实验项目性质：普通实验

实验计划学时：2学时

一、 实验目的

1． 观察盐类及金属的结晶过程

2． 了解并掌握金属及合金铸锭组织的形成，明确金属及合金铸锭组织的控制方法

3． 观察并描绘不同条件下纯铝的铸锭组织

二、 实验概述

结晶过程包括晶核的形成和长大两个过程。晶粒的形状及大小，根据冷却条件及其他因素不同而不同。金属及盐类最常见到的晶体形状是树枝状晶体，又称枝晶。用生物显微可以直接观察透明盐类（如氯化铵、硝酸银等）的结晶过程。

在玻璃片上滴一滴接近饱和的氯化铵溶液，放在生物显微镜下观察它的结晶过程。随着溶液的蒸发，溶液逐渐变浓而达到饱和，由于液滴边缘处最薄，因此蒸发得最快，结晶过程将从边缘开始向内扩展。

结晶的第一阶段是在液滴的最外层形成一圈细小的等轴晶粒，这是由于此时液滴外层较薄，蒸了很快，在短时期内产生大量的晶核之故。

结晶的第二阶段是较为粗大的柱状晶，其成长的方向是伸向液滴中心，这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序也是由外向里的，最外层的细小等轴晶只有少数的位向有利于向中心生长，因此形成了比较粗大的，带有方向性的柱状晶。

结晶的第三阶段是在液滴的中心部分形成不同位向的等轴晶。这是由于液滴中心此时也变得较薄，蒸发也较快，同时溶液的补给也不足，在此可以看到明显的树枝晶组织。

从而可以看出，盐液滴由于蒸发而进行的结晶过程及所得的结晶组织与铸锭的结晶过程与组织是很相似的。

金属不透明，因此一般不能用显微镜直接观察液态金属的结晶过程。但是金属凝固后可以将铸锭沿纵剖面或横剖面切开，经过磨制和浸蚀后就可以分析它的组织和形成过程。另外，也可以利用化学中的取代（置换）现象来观察金属晶体的生长过程。例如：硝酸银的水溶液中放入一段细铜丝。铜将开始溶解，而银则沉淀出来，其反应如下：

Cu + 2AgNO3 2Ag↓+Cu(NO3)2