材料加工試驗軋制測試技術(shù)實驗指導書

1、課程實驗指導書院（系） 材料與冶金工程系專 業(yè) 金屬材料工程年 級 四 年 級課程名稱 軋制測試技術(shù)實驗孫斌主編2008年11月17日前言實驗和試驗研究是理工大學生必備的知識能力，也是學習知識、掌握技能的重要環(huán)節(jié)。金屬材料工程專業(yè)在本著加強理論教學的同時，大力加強實驗教學，以培養(yǎng)學生既有深厚的理論功底，又有多方面的動手試驗研究能力為目標，編寫了“軋制測試技術(shù)實驗”一書。本書是參照了一些國內(nèi)外的有關(guān)資料，以及我們在教學和科學研究實踐中的粗淺體會編寫的，目的在于使學生掌握有關(guān)測試技術(shù)的基本理論和方法，并通過實際操作培養(yǎng)學生具有一定的實驗技能。本實驗主要包括：電阻應變片粘貼技術(shù)、電阻應變片的接法以及

2、電橋的和差特性、動態(tài)電阻應變儀的使用與傳感器標定、實測軋制壓力、軋機扭轉(zhuǎn)力矩測量等五項實驗。本實驗指導書是根據(jù)金屬材料工程專業(yè)軋制測試技術(shù)課程等教學大綱要求編寫。在編寫此指導書時，得到了黃佩武老師、李康情老師的大力支持，在此表示衷心感謝！由于編者水平所限，經(jīng)驗不足，加之時間倉促，書中錯誤和不當之處在所難免，敬請讀者批評指正。 編 者：孫斌 二00八年十一月金屬材料工程專業(yè)實驗教學大綱課程編號：課程名稱：軋制測試技術(shù)實驗實驗時間/學分：共10學時適用專業(yè)：金屬材料工程一、實驗的性質(zhì)和目的金屬材料工程專業(yè)實驗是一項與工程實踐密切聯(lián)系的科學技術(shù)課程，是理論聯(lián)系實際的教學活動，是本專業(yè)最重要的實踐性教

3、學環(huán)節(jié)之一。通過專業(yè)綜合實驗幫助金屬材料工程專業(yè)學生掌握實驗的基本方法，掌握實驗研究的基本內(nèi)容，了解金屬材料加工的實驗以及當代研究的新方法，掌握實驗報告的寫作程序和規(guī)范，以提高學生的理論功底和專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)他們的動手和操作實驗的能力，提高他們的科學思維能力和分析判斷能力，形成科學嚴謹?shù)难芯繎B(tài)度。 二、實驗基本要求1、在實驗中，教師要本著準確、嚴謹、科學態(tài)度指導學生認識、了解各種實際問題；2、嚴格遵守各項規(guī)章制度、作息時間、實驗安排，服從統(tǒng)一安排，不得無故缺席；3、注意安全用電，離崗及時斷電；4、在規(guī)定實驗時間內(nèi)完成實驗任務，不得拖延；5、要求實驗內(nèi)容豐富，具有實際意義；6、專業(yè)綜合實驗完畢后要

4、求學生寫出實驗報告。三、實驗內(nèi)容、形式和時間安排序號實驗項目名稱時數(shù)形式1電阻應變片粘貼技術(shù)2講授、現(xiàn)場操作2電阻應變片的接法及電橋的和差特性2講授、現(xiàn)場操作3動態(tài)電阻應變儀的使用與傳感器標定2講授、現(xiàn)場操作4實測軋制壓力2講授、現(xiàn)場操作5軋機扭轉(zhuǎn)力矩測量2講授、現(xiàn)場操作時間安排：第7學期，10學時。 四、組織實施1. 專業(yè)實驗不得免修，綜合實驗必須配備符合條件的指導教師。學生應在指導教師的指導下，認真完成綜合實驗的工作任務。指導教師對實訓內(nèi)容選擇、綜合實驗報告的質(zhì)量負有指導、監(jiān)督的職責，負責對學生綜合實驗簽署意見并給出學生綜合實驗的成績。2指導教師必須由具有本科及以上和中級（含）以上專業(yè)技術(shù)

5、職務的專職教師擔任或具有高級技術(shù)職務的專業(yè)人員擔任；3指導教師須保證投入足夠時間和精力用于學生綜合實驗的指導。五、實驗考核方式：平時成績占總成績的40% 對平時每次實驗課結(jié)束后的實驗報告成績的綜合評定；期末成績占總成績的60%當場進行一項實驗，要求學生在實驗結(jié)束后，立即完成一份實驗報告，根據(jù)實驗報告完成情況來評定。整個實驗成績分為優(yōu)、良、中、及格和不及格五種，成績評定的主要依據(jù)如下：1. 出勤考核占20%；2學生獨立完成任務占20%；3實訓完成情況占40%； 4總結(jié)報告占20%。5有下例情況之一者，要酌情減分：有抄襲行為或有意給別人抄襲。損壞或丟失實驗室物品，包括元器件、儀器設備和工具。（3）

6、 遲交總結(jié)報告。目 錄實驗一 電阻應變片粘貼技術(shù)1實驗二 電阻應變片的接法以及電橋的和差特性4實驗三 動態(tài)電阻應變儀的使用與傳感器標定7實驗四 實測軋制壓力11實驗五 軋機扭轉(zhuǎn)力矩測量14實驗一電阻應變片粘貼技術(shù)一、實驗目的通過電阻應變片的粘貼實驗，熟悉常溫電阻應變片的粘貼工藝及粘貼后的檢查工作。二、實驗內(nèi)容（）電阻應變計的外觀檢查及阻值分選。（）貼片工藝。（）粘貼后的質(zhì)量檢查。（）組橋接線。（）粘貼后的防潮處理。三、實驗設備和器材（）常溫電阻應變片若干片，連接導線，鋼尺，劃針。（）電阻測儀表，如OJ-23型-24型單壁電橋或數(shù)字萬用表。（）電烙鐵（20W）、鑷子、放大鏡等工具。（）等強度梁、

7、溫度補償板。（）丙酮、石蠟、脫脂棉、紗布等。（）100V兆歐表、萬用表。四、實驗步驟.外觀檢查和阻值分選（）用五倍以上放大鏡檢查應變片本體是否完整；有否霉點、銹斑、引線是否牢固，要求敏感柵排列整齊。（）用萬用表測量應變計是否短路、斷路、再用惠斯登電橋逐片測量阻值并記錄其數(shù)值。（）配橋：要求組成電橋各臂的阻值大致相等或相對二臂之積大致相等，其最大誤差限制在0.5以內(nèi)。.貼片位置確定及表面清理（）電阻應變片的粘貼位置是根據(jù)被測試件的受力情況和具體測試方法來確定的，本實驗假定要測量矩形梁受載時的彎曲變形，測試方案中一般采用全橋測量。在測量截面上貼四片電阻應變片。其布片方式如圖1-1所示，即上下表面各

8、并排貼二片電阻應變片。根據(jù)電橋的和差特性，將和兩片應變片貼在上表面，和兩片應變片貼在下表面其組橋方式如圖1-2所示。 1 圖1-1應變片布片方式 圖1-2應變片組橋方式（）對貼片表面進行機械清理，去氧化皮、油污、鐵銹等。用砂紙將貼片部位打光至，再交叉打磨成與應變片軸線呈45的交叉紋路。（）化學清理，用鑷子夾丙酮棉球（酒精棉球）清理其表面，直到所用棉球和沒用過的棉球一樣時為止。.貼片用雙手保持清潔，嚴禁手指摸清洗過的表面，或用嘴吹氣，貼片前最好將貼片部位預熱驅(qū)潮。用501（502）膠水涂在應變片的背面，被粘貼表面也同時涂好黏結(jié)劑，然后將應變片對準方位貼在被貼表面，此時在應變片上面放一小塊聚四氟乙

9、烯薄膜后，用拇指壓緊應變片的一端，從這一端向另一端擠壓數(shù)次。擠出多余的膠水和氣泡，輕輕掀開薄膜，檢查有無氣泡、翹起脫膠、移位等現(xiàn)象，否則需重貼。注意：粘結(jié)劑要用得適當。過多時膠層太厚影響應變片性能；過少粘結(jié)不牢，不能準確傳遞變形。指壓時用力要適當，防止膠液全部被擠出或壓壞敏感柵。不要將膠液弄到皮膚上。.檢查粘貼質(zhì)量（）檢查貼片下有沒有氣泡，位置準確與否，引線不能貼在試件上。（）貼片前后，應變片阻值不應有變化。（）用萬用表檢查應變片有無斷路和短路現(xiàn)象。（）用低壓搖表（兆歐表）檢查電阻應變片與試件的絕緣電阻值。應變片與試件間絕緣電阻一般在200M以上。.組橋接線為了防止應變片使用和焊接中被撕斷，最

10、好不直接把連線與引線焊接，或把連線直接焊在應變片上，建議采用端子和膠布固定連線的辦法，事先把應變片的兩條引線分別彎成一個平彎焊在端子上，再從端子上焊接連線，連線排列應盡量整齊、規(guī)則，以便于檢查，并用白膠布或膠帶把它固定住。將應變片引線的根部用氧化鋅膠布固定在試件上，再按橋路的串、并聯(lián)焊接導線。注意焊錫不要過多，焊接時間不要過長，防止假焊。最好用不同顏色的導線。 2.防潮處理一般來說，軋機用測力傳感器的工作環(huán)境十分惡劣，往往有灰塵、油、水和蒸汽等。故要求防潮處理，用絕緣膠布將整個橋路包好，再敷以白布帶，最好用石蠟封好（橋路引線要外露）。長期使用，需涂敷專門配制的防潮劑。五、實驗報告要求簡述貼片、

11、接線、檢查等主要步驟。 3實驗二 電阻應變片的接法以及電橋的和差特性一、實驗目的（1）掌握單臂、雙臂、四臂電橋的組橋方法；（2）熟悉電橋調(diào)平衡的線路和原理；（3）了解靜態(tài)電阻應變儀的使用方法；（4）驗證電橋輸出公式：。二、試驗儀器和設備（）等強度梁或懸臂梁及砝碼； （）（K=2.0）電阻應變計（已貼在等強度梁上）；（）YJ-25靜態(tài)電阻應變儀、補償塊、電橋盒三、實驗原理利用懸臂梁受力彎曲，上下表面產(chǎn)生延伸和壓縮變形的現(xiàn)象，在懸臂梁表面粘貼應變片。組橋后在橋路一個對角供電，另一個對角測量輸出值。改變橋路中有效應變片的數(shù)量，在同樣加載變形條件下測量輸出值，驗證電橋輸出公式：，從而理解橋臂系數(shù)的含義

12、。設電橋為等臂電橋，即。而且每個橋臂均發(fā)生變化分別為、時，則電橋輸出電壓為： 根據(jù)電橋和差特性，由上式可知電橋的輸出電壓與電阻變化或應變變化有關(guān)。在實際應用中可根據(jù)需要對不需測量的信號進組橋，以便消除。、電橋單臂工作，輸出電壓為。、相鄰兩臂工作（）設電阻變化為異號時，輸出電壓為，此時的輸出信號為實際單個測量信號的兩倍。（）設電阻變化為同號時，輸出電壓為。、相對兩臂工作（）設電阻變化為同號時，輸出電壓為。（）設電阻變化為異號時，輸出電壓為。 4、四臂工作四臂工作，且相鄰電阻變化為異號，相對臂為同號時，電壓輸出為，電橋的輸出信號為實際信號的四倍。四、實驗步驟、電橋盒的聯(lián)接電橋盒內(nèi)裝有兩個120的無

13、感線繞電阻R3和R4及一個100云母電容C0 ，如圖2-1。半橋測量R3和R4充當電橋中的兩個橋臂，全橋測量時R3和R4被斷開不用，根據(jù)實驗要求，聯(lián)接好橋臂線路，接好電橋盒。接好儀器之間的連接線、電源線，接線如圖2-1。圖2-1電橋盒接線圖、儀器使用（）接通電源，按下電源開關(guān)；（）按下“基零”開關(guān)，調(diào)節(jié)“基零”電位器，使顯示為時，則按下“粗”；（）按下“測量”開關(guān)，調(diào)節(jié)“電阻平衡”電位器，使顯示為，這時將“粗/細”開關(guān)置于“細”，并調(diào)零，若調(diào)零無法調(diào)到時，則按下“粗”；（）調(diào)整靈敏系數(shù)盤，使指示“2.00”；（）將后面板“標定”檔開關(guān)打置“電橋盒”檔；（）反復調(diào)節(jié)平衡，為了提高測試精度，若測試

14、條件允許，每隔一段時間，校對一下平衡和標定值讀數(shù)（在無載荷情況下）；（）再次按下“測量”開關(guān)，儀器即可開始測量。 5、加載實驗按實驗要求進行加載，將測量值填入表21中。表21 載荷接法KgKgKgKgKg電橋單臂工作相鄰兩臂工作異號相鄰兩臂工作同號相對兩臂工作同號四臂工作五、實驗報告分析四種組橋方案的實驗數(shù)據(jù)，并加以討論。 6實驗三動態(tài)電阻應變儀的使用與傳感器標定一、實驗目的（）熟悉動態(tài)電阻應變儀的原理、結(jié)構(gòu)。（）掌握動態(tài)電阻應變儀的使用、調(diào)試方法。（）掌握動態(tài)電阻應變儀的標定方法。二、實驗儀器與設備（）YD-21型動態(tài)電阻應變儀。（）等強度梁或矩形梁及砝碼。（）低頻信號發(fā)生器。（）SC-16

15、型示波器或EMC-2000型-瞬態(tài)波形存儲記錄儀三、實驗步驟（一）YD-21型動態(tài)電阻應變儀的使用.電橋盒的聯(lián)接半橋測量時，按圖3-1（b）接線，為工作片為補償片，全橋測量時按圖3-1（c）接線,和為工作片，和為補償片。在使用聯(lián)接導線時用同一型號，同規(guī)格的金屬導線。 a b c圖電橋盒的聯(lián)接.儀器的聯(lián)接（）將電橋盒另一端的插頭插入應變儀后面板下部的“輸入”插座內(nèi)，并將插頭旋緊。（）將輸出線一端的二芯插頭，分別插入應變儀后面板上的“低阻輸出”插口中，另一端的接線叉分別接到EMC-2000型-瞬態(tài)波形存儲記錄儀或型示波器相應的輸入中。 7 （）檢查儀器各開關(guān)的初始位置，電源開關(guān)在“關(guān)”，衰減開關(guān)在

16、“”，標定開關(guān)在“斷開”，型示波器電源開關(guān)在“關(guān)”位置。（）接通電源（220V、52HZ）。.YD-21型動態(tài)電阻應變儀平衡調(diào)整（）指示電表的機械零位調(diào)整，用螺絲刀使電表指針指零（在無信號時進行）；（）基零調(diào)整（該項已調(diào)好）（）電阻電容平衡調(diào)整轉(zhuǎn)換“預靜”開關(guān)位置，分別調(diào)節(jié)“”和“”，調(diào)節(jié)到輸出指示表在“預”和 “靜”位置都指零；（）把型示波器調(diào)整好待用。（二）、內(nèi)標定連接好電路圖，并將信號接到動態(tài)電阻應變儀上?！?”.在無信號輸入時，觀察應變儀顯示是否為“”，記錄一段“零”線。.將標定開關(guān)置于“+”位置，給出相應的電標定值標（按下標定應變100、200、500、1000等鍵中的一鍵），記錄一

17、段，做為標定值，然后標定在“”，再記錄一段。.打開低頻信號發(fā)生器開關(guān)，同時按下拍攝按鈕，記錄信號。.關(guān)低頻信號發(fā)生器開關(guān)，再記錄一段零線。正應變信號最大值（微應變）負應變信號最大值（微應變）式中額定標定應變（微應變）（三）、外標定本實驗的標定梁為等強度梁或矩形梁，測出梁上在加載荷時的彎曲變形與理論計算相對應。在等強度梁或矩形梁上已貼好四片電阻應變片（、），并已密封。.標定（）將要標定的傳感器安裝在標定裝置上，接入測量裝置（如應變儀和記錄儀器）調(diào)其平衡，使初始讀數(shù)為零或打出零線。（）根據(jù)傳感器的量程分級加載，（一般分為級）從零載開始逐級加載至額定載荷為止，記錄下各級載荷量i以及與其對應的輸出值i

18、。接著按同樣的級差卸載并再次記錄。以得到如圖2示波圖形（加載前、后均打一次電標定）。 8圖32傳感器的標定示波圖(a)和標定曲線(b)四、數(shù)據(jù)處理）量出外標定時對應加500g、1000g、1500g、2000g、2500g載荷的記錄曲線中各載荷的光高，記于表內(nèi)，并根據(jù)等強度梁、矩形梁的幾何尺寸計算出應變值i，填入表中，計算出各級載荷的應變比例尺，然后計算出平均應比例尺和標定系數(shù)k。表載荷/gi（hi）5001000150020002500 9五、實驗報告要求（）簡述傳感器的標定方法。（）說明組成半橋和全橋時應變計在電橋合上的具體接法。（）本實驗中應注意哪些影響實驗進行的問題。（）根據(jù)上表數(shù)據(jù)，

19、用方格紙繪出標定曲線（橫坐標為i縱坐標為i，）并計算表中的算據(jù)。 10實驗四實測軋制壓力一、實驗目的、學習軋制壓力傳感器的標定和實測方法；、熟悉動態(tài)電阻應變儀的性能及操作規(guī)程；、將實測的結(jié)果與理論計算進行比較。二、儀器與設備130mm實驗軋機，材料實驗機，YD-21型動態(tài)電阻應變儀，SC-16型光線示波器或EMC-2000型-瞬態(tài)波形存儲記錄儀；軋制壓力傳感器；鉛板、鋁板。三、實驗原理軋制力的測量方法有兩種：應力測量法和傳感器測量法，本實驗采用傳感器測量法。電阻應變式傳感器是由貼在彈性元件上的應變片將應變轉(zhuǎn)換成電阻變化。再利用電橋?qū)㈦娮枳兓D(zhuǎn)化成電壓變化，然后送入放大器放大，由記錄器記錄。最后

20、利用標定曲線將測得的應變值推算出軋制壓力大小。由于電阻應變技術(shù)的發(fā)展，電阻應變式傳感器已被廣泛應用在測量軋制力上。軋制力的測量是把壓力傳感器安裝在壓下螺絲和上軸承座之間，通過電橋盒接入動態(tài)電阻應變儀和光線示波器構(gòu)成軋制力的測試系統(tǒng)。并由光線示波器記錄下隨時間變化的軋制力曲線。四、實驗步驟、軋制力傳感器的壓力標定（）按照圖示組裝測試系統(tǒng)：連接軋制力傳感器與電橋盒、YD-21型動態(tài)電阻應變儀、EMC-2000型-瞬態(tài)波形存儲記錄儀。（）將軋制力傳感器，球面墊，標定墊正確裝配好后，放置在材料試驗機下壓板的正中間處。（）檢查各通道，調(diào)初始平衡后，將動態(tài)電阻應變儀調(diào)整部分恢復到標定狀態(tài)。（）做電標定記錄

21、。（）試測，觀察應變儀和示波器的工作情況。如光點方向和光點高度不適當，則應調(diào)正。 11（）啟動材料試驗機，用1、2、3、4、5的壓力梯度進行加載和卸載，將被測信號和電標信號數(shù)值一起填入表中，至少重復兩次。并用EMC-2000型-瞬態(tài)波形存儲記錄儀，記錄下各級載荷輸出的波形，重復兩次。（）打印標定輸出的波形。圖41傳感器的標定示波圖(a)和標定曲線(b)、軋制力的測定分析（）軋制力傳感器與測量儀器的聯(lián)接（應與標定時相同）；（）檢查各儀器的工作狀態(tài)，將動態(tài)電阻應變儀調(diào)整部分恢復到測量狀態(tài)；（）取下軋機安全臼，將軋制力傳感器正確安裝在軋機的壓下螺絲和上軸承座之間；（）調(diào)整軋輥，使上下軋輥在水平面上相

22、互平行，并且有所需要的開口度；（）開動軋機（低速），以適當壓下量將軋件（鋁板）軋過去，并用EMC-2000型-瞬態(tài)波形存儲記錄儀及時地將軋制壓力的波形記錄下來；（）打印實測軋制壓力輸出的波形。圖42計算機采集軋制力記錄曲線 12五、實驗報告要求（）用框圖表示實驗測試系統(tǒng)；（）詳細敘述本次測試實驗的步驟；（）利用實測數(shù)據(jù)和記錄曲線，用實驗三計算方法計算軋制壓力。（）用理論公式計算軋制力與力矩，然后和實測的結(jié)果進行比較。分析比較結(jié)果，找出誤差存在的原因。 13實驗五軋機扭轉(zhuǎn)力矩測量一、實驗目的、學習軋機扭轉(zhuǎn)力矩傳感器的標定和實測方法；、熟悉儀器的性能及操作規(guī)程；、將實測的結(jié)果與理論計算進行比較。二

23、、儀器與設備130mm實驗軋機，YD-21型動態(tài)電阻應變儀，SC-16型光線示波器或EMC-2000型-瞬態(tài)波形存儲記錄儀；軋機扭轉(zhuǎn)力矩傳感器；鉛板、鋁板。三、實驗原理軋機聯(lián)接軸應變測量主要是解決旋轉(zhuǎn)時應變信號如何傳送的問題。粘貼在軋機聯(lián)接軸上的應變片和導線一起隨著轉(zhuǎn)動，測量儀器則是固定的，因此需要一種專門的裝置把應變信號從聯(lián)接軸上引出傳送給固定的測量儀器，供放大、顯示和記錄。這種裝置叫做集電裝置。所以對力矩的測量，集電裝置是必不可少的。接觸式集電裝置有拉線式、電刷式、水銀式。拉線式集電裝置結(jié)構(gòu)如圖所示，用螺栓把兩個半圓形滑環(huán)（由膠木或尼龍制成）固定在轉(zhuǎn)軸上，并隨之轉(zhuǎn)動。在滑環(huán)的外層車有三至四

24、條溝槽（依半橋或全橋而定），槽中嵌有鈹青銅或黃銅帶.銅帶兩端固定在滑環(huán)的兩個部分面上，其端頭焊上導線，以便與應變片引線連接。拉線置于滑環(huán)之上，并經(jīng)絕緣子，用彈簧拉緊固定，儀器的導線焊在拉線上，即可將電信號由拉線引至固定的測量儀器。拉線多采用裸銅絲編織扁線。軋制力矩的測試就是測量軋機主傳動軸萬向接軸的扭矩。它是采用電阻應變法，通過測量軸體表面的扭應變來測量扭矩的。即在傳動軋輥的萬向接軸上，按軸線的450粘貼應變計并組成全橋如圖所示，然后經(jīng)過集電裝置將信號引出，經(jīng)電橋盒接入動態(tài)電阻應變儀和光線記錄示波器記錄下軋制時傳動軸上扭矩變化的曲線。此曲線隨時間變化的幅值需經(jīng)標定，才是實測的軋制力矩數(shù)值。 1

25、4圖拉線式集電裝置結(jié)構(gòu)圖圖測扭轉(zhuǎn)應變的布片與組橋圖四、實驗步驟、貼片、按要求在聯(lián)接軸同一圓周上均勻按450角方向貼片，并連接。、引線、將應變片組橋，引出四個端頭接至拉線式集電裝置銅環(huán)上，并從拉線上引出接到應變儀上。以上步驟除引線接到應變儀上外，其他已由實驗老師準備完畢。、調(diào)整軋輥，使上下軋輥在水平面上相互平行，并且有所需要的開口度；、開動軋機（低速），以適當壓下量將軋件（鋁板）軋過去，并用EMC-2000型-瞬態(tài)波形存儲記錄儀及時地將軋制壓力的波形記錄下來；、打印實測軋機扭轉(zhuǎn)力矩輸出的波形。、數(shù)據(jù)處理，根據(jù)測量結(jié)果計算出 M值。本實驗前應對聯(lián)接軸進行扭矩標定（間接標定），以獲得比例尺。 15a扭矩標定原理扭矩標定就是在所測軸上施加已知的一系列標準力矩，以求得電橋輸出與標準力矩之間關(guān)系，稱標定方程或標定曲線。其標定方法可分兩類：直接標定與間接標定，本實驗采用間接標定。間接標定方法，有模擬小軸法、應變梁法、在某一橋臂上并聯(lián)已知電阻法、應變儀給定應變值法等等。從消除材質(zhì)與應力狀態(tài)等因素影響來看，最好選用扭轉(zhuǎn)模擬小軸標定法。（）模擬小軸法。做一個比實測軸直徑小n倍，材質(zhì)相同的實心小軸。在小軸上貼片，要求其應變片性能、貼片工藝、組橋方法、測量儀器以及導線等皆