专利名称：快速测定型砂铸型透气性的新方法
技术领域：
本发明属于现代铸造测试方法，用于铸造型(芯)砂湿、干态透气性及铸型透气性的快速测定，亦可作为其他行业检测物料及制品的透气性之用。
型砂是近代铸造生产中的主要造型材料，透气性(常用K来表示)是型砂(尤其是湿型砂)的主要性能指标之一，铸型透气性的好坏将直接影响到铸件的质量和生产率。目前，被国内外铸造行业普遍采用的气钟式或电动风机式透气性快速测定仪，以及其他形式的透气性测定仪，均以恒压气源排气测压法为基本原理，故仪器结构复杂、体积大、携带与操作十分不便。此外，测试所需标准砂样，要在笨重的锤击式打样机上制得，因此，不能满足铸造现场随时随地快速测定型砂铸型透气性的要求。
本发明的目的，在于为铸造行业提供一种方便实用的检测透气性的新方法，以此为基础，可以设计并制造出结构简单、操作容易的便携式智能化型砂(铸型)透气性快速测定仪，从而解决透气性的实时测量与控制问题。
本发明的主要技术内容如下第一，提出用变压气源排气计时法测定透气性的新方法。
变压气源排气计时法测定透气性的方法是，让一个具有一定体积和一定初始压力的气压源通过排气阀和砂样(或铸型)排气，当气源压力降至某一压力值P1时，开始计时，经△t时间后，气源压力将从P1降至P2。在砂样几何尺寸、紧实程度、气源初始压力及气源压力变化范围(P1-P2)均为固定值的情况下，排气计时时间△t将仅与砂样的透气性K值有关。对于铸型透气性的测定来说，因排气方式不同，可以不考虑铸型几何尺寸的影响。因此，只要准确地测得△t值，即可测出透气性K值(该方法测透气性基本原理可参见附
图1)。由于这种新方法不需恒压气源，故可使测试装置结构大为简化，体积大大缩小，而且便于实现仪器的电脑化。
第二，为实现新方法设计并制造出便携式智能化型砂(铸型)透气性快速测定仪。
该仪器由气路系统和计算机数据采集与处理系统两大部分组成。气路系统主要包括定值储气室1、充气器4、限压阀3、弹性样筒座5(内含排气阀)、砂样筒6或7、铸型探头8等，以完成变压气源的一次充气和排气过程。计算机数据采集与处理系统主要包括气体微压差传感器2、数据放大器9、模数转换器10、单片计算机14、程序存贮器13、接口电路15、键盘16、数字显示器17、电源11和12等，以完成对气源压力变化的监测、排气过程的高精度计时、透气性K值计算及结果显示等(系统组成框图参见附图2)。
第三，为满足在铸造现场快速测定型砂透气性的需要，设计并制造出弹簧自动恒压式快速取样器。
常规的锤击式打样机不仅重量大、携带不便，而且制样成品率低(尤其在型砂紧实率变化较大时，砂样高度误差较难控制)，操作麻烦。因此，制样速度低。弹簧自动恒压式快速取样器具有携带方便、操作简单制样速度快的特点。该取样器由主体样筒6、辅助样筒27、外套筒28、样筒底座29和弹簧自动恒压式压实器组成(结构简图参见附图4)。其制样方法如下，首先将主体样筒和辅助样筒装入外套筒中，座于底座之上，然后向筒中填满松散型砂，用弹簧自动恒压式压实器压砂，直到压头顶杆23全部缩回时停止用力。此时，辅助样筒中的部分型砂被压入主体样筒。仿此压砂三次，可保证主体样筒中的型砂在一定外力(弹簧压缩长度一定)作用下而得到一固定的紧实度。取下外套筒，移开辅助样筒，同时刮平主体样筒顶面型砂，最后取下样筒底座，即告制样结束。由此可见，用弹簧自动恒压式快速取样器制样，不仅勿需称重，而且可一次成样。因此可大大提高制样速度。
本发明与现有技术相比，具有如下主要优点第一，可使透气性测定仪及取样器体积小、重量轻、携带方便。采用新方法而设计制造的透气性测定仪和取样器与目前普遍采用的气钟式透气性测定仪、电动式透气性测定仪和三锤制样机的外形尺寸、重量对比见表1。
第二，可提高测试速度和仪器的智能化程度。常规透气性测定仪制样及测试操作较繁，测试结果不易读，测试速度低。而本发明用快速取样器一次成样，采用计算机进行数据采集与处理，透气性值直接由数字显示，从而提高了测试速度和仪器的智能化。
第三，可提高测试分辨力和测试精度。常规的恒压气源排气测压法，是将0～100mm水柱的压差分为100份，分辨力为1/100，而本发明所采用的最大计数值与最小计数值之间为5000，故分辨力为1/5000。此外，本发明利用两个压力值P1和P2作为计时起始和终止信号，测试系统由于温漂等因素而造成的测压误差对计时的准确性几乎没有影响(因P1和P2同时同向变化)，因而使仪器具有更高的测试精度。采用气钟式、电动式和新型透气性测定仪，对同一型砂和铸型进行湿态透气性测定的数据对照表见表2。可以看出，新仪器具有较好的再现性。
第四，可使仪器制造工艺简单，便于组织生产。常规透气性测定仪及制样机结构复杂，非标零部件不易加工，生产成本高。而依本发明所设计的透气性测定仪，加工部件甚少，电子电路采用模块化设计制造简单，调试方便，成本低，有利于组织生产。
附图1本发明测定型砂(铸型)透气性原理图(a)气源压力随时间变化曲线(b)透气性值K与排气计时时间关系曲线P气源压力，t排气时间，Ps气源初始排气压力，Po被设定的气源最低初始排气压力，P1计时开始时气源的压力，P2计时终止时气源的压力，K透气性值，△t排气计时时间。
附图2本发明所用便携式智能化型砂铸型透气性测定仪组成方框图附图3本发明所用便携式智能化型砂铸型透气性测定仪电原理图附图4本发明所用弹簧自动恒压式快速取样器结构原理图1定值贮气室、2气体微压差传感器、3限压阀、4充气器、5弹性样筒座(内含排气阀)、6湿样筒(主体样筒)及湿砂样、7干样筒及干砂样、8铸型探头、9数据放大器、10模数转换器、11桥路电源(V2)、12系统电源(V1)、13程序存贮器、14单片计算机、15接口电路、16键盘、17数字显示器、18标准压力表、19压实器端盖、20压实力调节栓、21压实器外套筒、22弹簧、23压头顶杆、24密封环、25密封盖、26压实器压头、27辅助样筒、28外套筒、29样筒底座。
本发明最佳实施例一、用变压气源排气计时法测定型砂(铸型)透气性让一个具有一定体积V和一定初始压力Ps的气压源通过排气阀和砂样(或铸型)排气，当气源压力由Ps降至P1时开始计时，降至P2时停止计时，得计时排气时间△t，此△t值即表征砂样(或铸型)透气性值K。Ps值靠限压阀稳定在一定的压力范围内。仅当Ps≥Po时，计时系统方能工作。如果气源压力Ps超过限压值(P0+△P)，则限压阀开始快速排气，直至使Ps-Po＜Po对于限压调节后的超压值(Ps-Po)，可以靠计算机软件得到进一步修正，从而保证每一次排气的初始压力基本固定。
二、便携式智能化型砂(铸型)透气性测定仪新型透气性测定仪包括气路系统和计算机数据采集与处理系统两大部分。
用镀锌铁皮(其他金属板亦可)制成密闭贮气室1，其一端盖上开设一大孔，用以镶嵌气体微压差传感器2，另一端盖上开设四个小孔，其中两孔通过软胶管分别与充气器4和弹性样筒座5相连，充气器4以医用血压计胶球代之。另两孔分别接限压阀3和标准压力表18，标准压力表仅作标定之用，待完成标定后，将接标准压力表的小孔封闭。测试时，捏动一次胶球即可使气源压力Ps＞Po，在气源经排气阀和砂样排气的过程中，其压力的变化由微压差传感器2变成电压的变化，并送至计算机数据采集与处理系统(参见附图2)。
新型透气性测定仪的计算机数据采集与处理系统的组成如附图2、附图3所示。气体微压差传感器2由铍青铜弹性膜片和硅力敏电桥构成，桥臂电阻和桥路用电位器分别为R1～R4和RW1。数据放大器9由一片单电源四运放集成芯片LM324;电阻R11～R18和电容C5构成。模数转换器10由ADC0804芯片和R12，C9构成。单片计算机14为MCS-51系列的8031，时钟接成内部振荡方式，外接元件为6MHZ晶振和C6，C7。程序存贮器13为4K字节的2732芯片，内写程序和数学模型(△t-K曲线)，通过地址锁存器74LS373与8031相连。接口电路15由一片8155扩展器和C10，R22构成。显示器17由四只八段共阴数码管、两片反相驱动器74LS06和R29～R36构成。键盘16由按键开关K1～K7，R19，R20，R23～R28，C8构成，七只按键分别为“O”(调零)键，“B”(标定)键，“X”(键型)键，“K1”(K＝0～100)键，“K2”(K＝101～700)键，“K3”(K＝701～2450)键和“＊”(复位)键。电源12(11)由9V层迭电池，三端稳压片7805(7806)，滤波电容C1、C2(C3、C4)及欠压指示电路R5、R6、R7、D1、T1、T2RW2(R8、R9、R10、D2、T3、T4、RW3)组成。当电池电压降到某一数值(可通过电位器RW2、RW3调节)时，D1(D2)即会发光，提示使用者更换电池。如果使用现场有交流电源，亦可通过插口J1(J2)接入12V直流稳压电源(另购)。系统工作过程如下，由气体微压差传感器2将贮器室1中气源压力的变化转换为电压信号的变化，该电压信号进入数据放大器9被放大后，直接送模数转换器10进行A/D变换，变换后的数字量送到单片机14中进行各种识别，发现气源压力降至P1自动开始计时，降至P2时终止计时，根据所得计时值△t和预存于程序存贮器13中的数学模型(△t-K曲线)，计算机会查找和计算出透气性K值，并通过显示器17显示出来。
三、弹簧自动恒压式快速取样器辅助样筒27及主体样筒6为不锈钢管加工而成，外套筒28为一塑料管，样筒底座29为铝合金加工而成，弹簧自动恒压式压实器由压头26、压头顶杆23、压实器外套筒21、弹簧22、压实力调节栓20、压实器端盖19、密封环24及密封盖25组成。密封环材料为泡沫塑料(海绵)，其作用是防止砂粒及尘土进入压实器而增加顶杆与套筒之间的摩擦阻力(结构参见附图4)四、本发明的标定方法本发明的标定方法是，配制不同成分的型砂，分别制取干样、湿样和铸型。首先在气钟式透气性测定仪上用标准法测其透气性K值，然后取同种型砂，用弹簧自动恒压式快速取样器制样或用铸型探头直接测定，选择仪器的“标定”(B键)功能，测定排气时间△t。由多组△t、K值数据作出K-△t关系曲线。为提高仪器的测试精度和测试速度，将型砂透气性值分成三级，即K1＝0～100，K2＝101～700，K3＝701～2450，分别采取不同的计时方法和计时单位。最终可获得四条△t-K曲线(砂样三条，铸型一条)，将它们存入程序存贮器中，即为本发明所用数学模型。
五、本发明测试例-湿态粘土砂透气性的快速测定(1)仪器零点自检打开电源开关，仪器显示监控提示符-“P”，按下“0”(调零)键，仪器显示数字应在“0-00”和“0-01”之间变化，否则应调节桥路电位器RW1，调好后按“＊”键复位。
(2)空排气自检在监控状态下(提示符为“P”)，按下“B”(标定)键，仪器显示“0000”，捏动充气胶球一次，充气到压后(Ps≥Po)，显示“Good”字符，随排气进行，显示器将动态显示时间计数值，排气结束后，计数值应为“500”(±5)，否则应调节弹性样筒座排气阀的通气量。
(3)制取试样将主体样筒，辅助样筒装入外套筒中，并坐于样筒底座之上。向样筒中填满型砂，用弹簧自动恒压式压实器缓缓压砂，直至压实器顶杆全部缩回时停止用力，仿此压砂三次，取下外套筒，移开辅助样筒，刮平主体样筒顶面型砂，取下样筒底座。
(4)透气性测定将装好砂样的主体样筒旋紧在弹性样筒座上，在监控状态下(提示符为“P”)，按下“K2”(K＝107～700)键，显示器显示“2-00”，捏动充气胶球一次，充气到压后，显示器显示“Good”。此后，随排气进行，显示器动态显示排气时间计数值，待排气过程结束后，显示透气性K值。假如排气时间过短，说明透气性K值大于700，则仪器显示“3-00”，提示操作者重新按“K3”键进行测定。反之，则仪器显示“1-00”，提示操作者重新按“K1”键进行测定。
权利要求
1.一种快速测定型砂铸型透气性的新方法，其特征在于该方法是让一个具有一定体积和一定初始压力的气压源通过排气阀和砂样或铸型排气，当气源压力降至某一压力值P1时，开始计时，经△t时间后，气源压力从P1降至P2在砂样几何尺寸、紧实程度、气源初始压力及气源压力变化范围(P1-P2)均为固定值的情况下，排气计时时间△t仅与砂样的透气性K值有关，准确地测得△t值，即可测出透气性K值。
2.权利要求1所述快速测定型砂铸型透气性的新方法，使用的仪器为便携式智能化型砂铸型透气性快速测定仪，该测定仪是由气路系统和计算机数据采集与处理系统组成，其特征在于气路系统包括定值储气室1、充气器4、限压阀3、弹性样筒座5、砂样筒6或7、铸型探头8，以完成变压气源的一次充气和排气过程;计算机数据采集与处理系统包括气体微压差传感器2、数据放大器9、模数转换器10、单片计算机14、程序存贮器13、接口电路15、键盘16、数据显示器17、电源供给电路，以完成对气源压力变化的监测、排气过程的高精度计时和透气性K值计算及结果显示。
3.实现权利要求1所述快速测定型砂铸型透气性新方法，使用的取样器为弹簧自动恒压式快速取样器，该取样器由主体样筒6、辅助样筒27、外套筒28、样筒底座29和弹簧自动恒压式压实器组成。
4.根据权利要求3所述取样器的使用方法是，先将主体样筒6和辅助样筒27装入外套筒28中，座于样筒底座29之上，然后向筒中填满松散型砂，用弹簧自动恒压式压实器压砂，直到压头顶杆23全部缩回时停止用力，此时，辅助样筒中的部分型砂被压入主体样筒，仿此压砂三次，可保证主体样筒中的型砂在一定外力作用下而得到一固定的紧实度;取下外套筒，移开辅助样筒，同时刮平主体样筒顶面型砂，最后取下样筒底座，即制样结束。
全文摘要
一种快速测定型砂铸型透气性的新方法，该方法是让一个具有一定体积和一定初始压力的气压源通过排气阀和砂样或铸型排气，当气源压力降至某一压力值P
文档编号G01N7/10GK1049055SQ9010659
公开日1991年2月6日 申请日期1990年7月31日 优先权日1990年7月31日
发明者李大勇 申请人:李大勇