一种铝合金流动性精确测试装置及方法与流程

本发明属于铝合金铸造性能测试领域，具体涉及一种铝合金精确测量金属流动性的装置及其测试方法。
背景技术：
：铸造合金流动性是评价液态金属充型能力的一项重要指标，其好坏直接影响铸件的成形性。目前国内外常见的金属流动性测试方法主要包括：螺旋型测定法、辐射型测定法和复沟型测定法；其中螺旋型测定法使用较广。采用螺旋法测定金属流动性的过程中，直接夹持坩埚将铝液注入螺旋铸型，重复试验过程中无法保证浇注温度、浇注速度及浇注时金属液重量的一致性，其中，浇注温度波动范围为10~20℃，浇注速度和浇入铸型中金属液重量无法控制，造成测试结果重复率低，需要经过大量试验数据统计分析，一般要20-30多次重复试验，即便如此所测流动性统计结果误差仍然较大。技术实现要素：针对上述情况，本发明的目的在于：提供一种铝合金金属流动性精确测试装置与测试方法，以解决流动性无法精确测量的问题。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种铝合金金属流动性精确测试装置及方法，该装置其主要由工控加热模块、温控模块、电动控制模块、重量控制模块及铸型模块组成；其通过精确控制浇注温度、浇注速度与浇注重量三个重要参数，实现金属流动性精确测量。本次测试所选用的测试方法是内置三螺旋型测试方法。一种铝合金金属流动性精确测试装置，具体结构包括：支撑架、手轮、铝液测温热电偶、密封盖、坩埚、电阻丝加热装置、石墨塞、砂箱、直浇道、电子秤、三螺旋型腔、排气、升降台、溢流槽、溢流管、炉膛测温热电偶、轴套、伺服电缸、总线型驱动器、总线型温度变送器及cnc工控机；其中，支撑架有四个导向立柱和底部平台组成，电子秤放置底部平台上，砂箱放置在电子秤上，支撑架设置有两个升降平台，升降平台ⅰ上固定伺服电缸，伺服电缸由闭环伺服控制，伺服电缸端部通过轴套与石墨塞相连一侧，在升降平台ⅰ上设置手轮，调整伺服电缸高度；升降平台上放置加热装置、坩埚和溢流槽，坩埚放在电阻丝加热装置中，坩埚一侧连接溢流管和溢流槽，坩埚底部开有小孔，坩埚上部放置密封盖；石墨塞穿过密封盖，插到坩埚底部塞住小孔部位；坩埚中放置铝液测温热电偶与炉膛测温热电偶。所述伺服电缸通过总线型驱动器连接电脑，铝液测温热电偶通过总线型温度变送器连接电脑，炉膛测温热电偶通过cnc工控机连接电脑。所述砂型为三螺旋型腔，螺旋型腔设置有排气孔；坩埚小孔部位与直浇道中心对正。所述电阻丝加热装置、炉膛测温热电偶、cnc工控机和升降平台组成构成工控加热模块，升降平台用于调整加热装置与砂箱距离，方便砂型放置；炉膛测温热电偶与cnc工控机相连，通过事先在存放在系统程序里的逻辑，实现数控功能，通过炉膛测温热电偶的信号实现对电阻丝加热装置的自动加热，自动保温。所述铝业测温热电偶和总线型温度变送器组成温度模块，铝业测温热电偶用来测量和反馈坩埚中铝合金液的温度，总线型温度变送器是将铝业测温热电偶的温度变量转换为标准电信号输出至电脑，之后再经电脑传输至电动控制模块；温度反馈模块采用铝业测温热电偶和总线型温度变送器的组合，能够减少在浇铸过程中由于浇铸温度不准带来的误差。所述总线型驱动器、伺服电缸和石墨塞组成电动控制模块，总线型驱动器连接在电脑与伺服电缸之间，可有效保证设备能正确接收和发送数据，伺服电缸由闭环伺服控制，端部与石墨塞相连，能够实现速度、位置和推力的精确控制，从而减少了铝液在浇铸过程中由浇铸速度带来的误差。所述电子秤(精度为0.01kg)、溢流管和溢流槽组成重量控制模块，保证每次浇铸时铝合金液的重量误差控制在±30g以内，减小铝液重量带来的误差，从而减少了铝液在浇铸过程中铝液重量带来的误差。铸型模块的型砂选用粒度为100目的树脂砂，经粘结剂、固化剂、催化剂按一定比例混合后造型，上下箱有定位销进行紧固，上箱留有气孔用以排气。风干后，即可用于铝合金流动性测试。一种铝合金金属流动性精确测试装置及方法，具体操作步骤如下：（1）调试装置，将所有元器件相连，对cnc工控机、总线型温度变送器，事先编程设定保温温度、保温时间、浇铸温度等信号参数；设定为加热装置保温温度为750℃，保温时间为1小时，开启加热装置；（2）将熔炼好铝液倒入预热坩埚，控制铝液重量在3.0±0.03kg，当铝液达到溢流槽高度时，铝液从溢流槽中流出，停止倒入铝液，并采用电子秤（精度0.01kg）记录铝液重量变化；（3）设定浇铸温度为710℃，当坩埚中的铝液达到预定的浇铸温度时，热电偶测得的温度信号由总线型温度变送器传输至电脑，电脑经处理后将信号传输至总线型驱动器，驱动器驱动伺服电缸，电缸连同石墨塞匀速升起，升起速度0.06-0.1m/s，石墨塞升起后，铝液经浇道流入砂型。本发明通过自主设计金属流动性全自动精确测试装置及方法有如下优势：(1)通过热电偶测温和总线型温度变送器传输铝液温度信号，精确控制浇铸时的铝液温度，实现浇铸温度控制在±1℃，在浇铸过程中实现对铝合金液温度的精确控制；(2)设计了铝液溢流装置和铝液重量的动态监测。整个装置底部的电子秤保证每次浇铸时的金属液重量误差为±30g，在浇铸过程中实现对铝合金液重量的精确控制；(3)通过温度反馈模块与电动控制模块相连，当铝液温度到达浇铸温度时，通过信号的传输能在第一时间驱动电缸，保证每次浇铸时的流速保持一致。在浇铸过程中实现对铝合金液浇铸速度的精确控制；(4)整个装置经编程和调试后即可实现全自动化测试，无需人工测温与浇铸，简化了工序。附图说明图1是铝合金流动性精确测试装置结构示意图；图2是铝合金流动性精确测试装置结构侧视图；图3是三螺旋结构示意图；1、支撑架；2、铝液测温热电偶；3、坩埚；4、石墨塞；5、直浇道；6、三螺旋型腔；7、排气孔；8、溢流槽；9、溢流管；10、炉膛测温热电偶；11、总线型温度变送器；12、总线型驱动器；13、cnc工控机；14、电脑；15、底板；16、电子秤；17、电阻丝加热装置；18、密封盖板；19、手轮；20、伺服电缸；21、升降平台ⅰ；22、轴套；23、升降平台ⅱ；24、砂箱。具体实施方式以下通过实施例对本申请进行说明。如图1-3所示，本发明提供一种铝合金金属流动性精确测试装置及方法，该装置主要包括：主要由工控加热模块、温控模块、电动控制模块、重量控制模块及铸型模块组成；其具体结构包括：支撑架1、铝液测温热电偶2、坩埚3、石墨塞4、直浇道5、三螺旋型腔6、排气孔7、溢流槽8、溢流管9、炉膛测温热电偶10、总线型温度变送器11、总线型驱动器12、cnc工控机13、电脑14、底板15、电子秤16、电阻丝加热装置17、密封盖板18、手轮19、伺服电缸20、升降平台ⅰ21、轴套22、升降平台23及砂箱24；其中，支撑架1有四个导向立柱和底部平台组成，电子秤16放置底部平台上，砂箱24放置在电子秤16上，支撑架2设置有两个升降平台，升降平台ⅰ21上固定伺服电缸20，伺服电缸20由闭环伺服控制，伺服电缸20端部通过轴套22与石墨塞4相连，在升降平台ⅰ21上设置手轮19，调整伺服电缸20高度；升降平台ⅱ23上放置加热装置、坩埚3和溢流槽8，坩埚3放在电阻丝加热装置17中，坩埚3一侧连接溢流管9和溢流槽8，坩埚3底部开有小孔，坩埚3上部放置密封盖；石墨塞4穿过密封盖，插到坩埚3底部塞住小孔部位；坩埚3放置铝液测温热电偶2与炉膛测温热电偶10。如图1、2所示，电阻丝加热装置17、炉膛测温热电偶10、cnc工控机13和升降平台23组成构成工控加热模块，升降平台23用于调整加热装置距砂箱24的高度，方便砂型的装配；炉膛测温热电偶10与cnc工控机13相连，通过事先在存放在系统程序里的逻辑，实现数控功能，通过炉膛测温热电偶10的信号实现对电阻丝加热装置17的自动加热、自动保温。铝液测温热电偶2和总线型温度变送器11组成温控模块，铝液测温热电偶2用来测量和反馈坩埚3中铝合金液的温度，总线型温度变送器11是将铝液测温热电偶2的温度变量转换为标准电信号输出至电脑14，之后再经电脑14传输至电动控制模块；温控模块采用铝液测温热电偶2和总线型温度变送器11的组合，能够减少在浇铸过程中由于浇铸温度不准带来的误差。总线型驱动器12、伺服电缸20和石墨塞4组成电动控制模块，总线型驱动器12连接在电脑14与伺服电缸20之间，可有效保证设备能正确接收和发送数据，伺服电缸20由闭环伺服控制，伺服电缸20端部与石墨塞4相连，能够实现速度、位置和推力的精确控制，从而减少了铝液在浇铸过程中由浇铸速度带来的误差。电子秤16、溢流管9和溢流槽8组成重量控制模块，保证每次浇铸时铝合金液的重量误差控制在±30g以内，减小铝液重量带来的误差，从而减少了铝液在浇铸过程中铝液重量带来的误差。铸型模块的型砂选用粒度为100目的树脂砂，经粘结剂、固化剂、催化剂按一定比例混合后造型，上下箱有定位销进行紧固，上箱留有气孔用以排气。风干后，即可用于铝合金流动性测试。实例1测试实验所用的三螺旋模具点与点之间的距离为50mm，测出三条螺旋线的长度并取平均值即可，平均值越大的铸件则流动性越好。按如下比例配置zl205a铝合金。元素cumnticdvzrbal含量/wt.%4.90.50.270.160.120.150.06bal按步骤组装、接通、调试装置，设定传感器参数，预热温度为750℃，浇铸温度为710℃。将精炼好的铝液倒入坩埚中溢出至溢流槽，观察电子秤，测得铝液重量为3.02kg，铝液温度达到710℃时，电缸升起，速度0.1m/s，铝液流入型腔中。待铝液冷却凝固后打箱取件。使用传统流动性装置，人工浇铸的方式操作步骤，重复21次后zl205a的三螺旋铸件，710℃时，最大流动长度lmax为625mm，最小流动长度lmin为566mm，平均值582mm，最大流动长度与最小流动长度之差|lmax-lmin|<59mm。使用本发明装置重复2次后，测得zl205a三螺旋铸件最大流动长度lmax为602mm，最小流动长度lmin为596mm，平均值599mm，最大流动长度与最小流动平均长度之差|lmax-lmin|<10mm。可以看出，使用本发明的流动性装置的测试结果，流动性测量准确需要的实验次数减少了19次，测量准确度提高80%以上。实例2按如下比例配置zl114a铝合金。按步骤组装、接通、调试装置，设定传感器参数，预热温度为750℃，浇铸温度为710℃。将精炼好的铝液倒入坩埚中溢出至溢流槽，观察电子秤，测得铝液重量为3.00kg，铝液温度达到710℃时，电缸升起，速度0.06m/s，铝液流入型腔中。待铝液冷却凝固后打箱取件。使用传统流动性装置，人工浇铸的方式重复上述操作步骤，重复23次后zl114a的三螺旋铸件，710℃时，最大流动长度lmax为607mm，最小流动长度lmin为549mm，最大流动长度与最小流动长度之差|lmax-lmin|<58mm，流动长度数值达到稳定。使用本发明装置，操作重复3次后，测得zl114a三螺旋铸件最大流动长度lmax为619mm，最小流动长度lmin为613mm，最大流动长度与最小流动平均长度之差|lmax-lmin|<6mm，流动长度数值达到稳定。经过对比试验可以看出，在本发明的流动性测量准确需要的实验次数减少了20次，测量准确度提高85%以上。本发明通过计算机控制，实现精确控温、控制铝液流速及控制浇注铝液重量，实现金属流动性试验的全自动化控制，提高金属流动性测试的准确性与重复性。当前第1页12