铝合金压铸件气体含量真空法测定装置和方法

专利名称:铝合金压铸件气体含量真空法测定装置和方法
本发明属于一种机械零件内部质量的定量测量装置和方法。
在已有技术中，有关铝合金压铸件内部气体含量的测定装置和方法，只能测定铝合金熔液中的氢气含量(简称测氢装置)，并且多数属于实验室测定微量合金中的气体含量和方法。铝合金压铸零件，特别是可供工业上实际应用的千克以上大型压铸件内部气体含量的定量测试。尚处于空白阶段。例如日本特许公报昭56-30815介绍的就是上述一类测氢装置和方法。
本发明的目的是，提供一种工业用铝合金压铸件内部气体含量的测试装置(测量铸件重量为1000克，坩埚容量最大可达3000克)和方法，为选择最佳压铸工艺参数、确定合理的排气、浇注系统以及模具设计方案等提供科学依据。
本发明的设计方案是由真空、熔化、冷却、升降、电控、测试等六个系统组成。
真空系统是采用前级泵将实测部抽成真空度为10-2托左右的真空，然后接通扩散泵对油加热，进行分溜。轻溜分被前级泵抽出，重溜分沿各级导油管高速导向泵口，再经各级喷咀按一定角速度喷射在泵壁上，在泵的入口处形成向下喷射气流。容器中的气体分子扩散到油蒸气中同时导至扩散泵出口，被前级泵抽出，使容器产生高真空。
熔化系统采用电阻丝加热炉，使试件熔于坩埚中，同时释放出内部气体。然后经升降系统使炉体下降，经冷却系统快速冷却。
冷却系统为循环水冷装置，该装置除冷却炉体外，还要冷却扩散泵的扩散油蒸气。
升降系统由一组蜗轮蜗杆装置组成。
电控系统采用电动、手动两种控制方式，其中包括继电器自动开关、空气自动开关、可控硅整流器等。
测试系统包括U型压差计、毫伏定值器、微伏放大器、PID调节器、可控硅触发器等。
本发明的测气方法建立在玻意尔定律、盖吕萨克定律和查理定律基础上的。在整个测气过程中，铸件内部的气体成份不发生任何化学及原子物理变化，可视为理想气体。因此可按照理想气体方程PV＝ (m)/(M) 即m＝ (PVM)/(T) (P-压力，V-体积，M-气体摩尔质量，R-摩尔气体常数，T-温度)分别求出系统内铸件放气前后的气体质量。两者之差，即为铸件被加热后所释放气体量-铸件内部气体含量。
最后，将气体量值换算成标准状况下百克合金的气体含量。
在测试过程中，压力、温度分别由压力计、温度计测得。系统容积与被测零件体积之差即为气体总体积。
加热后，可从U型压差计得到压力变化值、为得到切合实际的测量结果，温度分隔热屏以下、中间、以上三段，分别由热电偶和温度计测得。经过计算，可得出各温度段对应的各部分体积。根据铸件放气后气体成分，可求得气体摩尔质量。
随着压力铸造工艺的广泛普及，压铸零件也不断向大型化、复杂化发展，有些压铸件已被直接应用于结构元件。这就对铸件本身的致密性、高强度、热处理工艺性提出了更高的要求。内部气体含量过高，就无法适应这种要求。因此，多年以来，测定并控制压铸零件，特别是千克以上大型压铸件内部的气体含量，是国内外压铸产业界提高产品合格率，从根本上解决压铸件质量问题的一个重大课题。本发明对该课题具有突破性的意义。
下面是本发明的一个最佳实施例。
如图一所示1、真空系统主要由1.1真空器、1.2真空机组组成。真空机组包括前级泵和扩散泵。前级泵采用2X-2型旋转式前级泵，扩散泵采用K-100型金属油扩散泵。真空机组与真空容器连接，构成真空系统。
2、熔化系统主要由2.1电炉、2.2坩埚组成。此外，还有炉体、硅酸铝隔热屑、矾土水泥炉胎等结构。胆口隔热屏、热屏、水冷管路是用来隔绝热量，稳定上部真空系统的部件。坩埚外筒对坩埚起着保护作用，即使坩埚损坏，金属液也不会流入炉胆中。炉胆是盛装坩埚及外筒，并起着传热作用的部件。炉体外部有四个导轮，在上升、下降时起着保持平衡作用。
3、冷却系统主要由3.1冷却水箱、3.2水压表等组成。此外还包括上盖、胆口、炉体、真空扩散泵等部分的冷却管路。
4、升降系统主要由4.1减速器、4.2电机、4.3升降丝杠组成。由丝杠的上下运动带动炉体，即熔化系统的上升与下降。此外，由两个限位开关控制炉体的升降行程。为避免加热炉与速冷部分的动作干扰，还设有安全联锁元件。
5、电控系统主要由5.1电流表、5.2电压表、5.3开关组成。通过可控硅整流器可对电炉进行自动控制，还可通过输出调节器调整加热电压、电流，以获得所需要的功率。
6、测试系统主要包括6.1U形压差计，6.2复合真空计，6.3温度自控仪、6.4热电偶、6.5温度计等。该系统采用的是EV-2热电偶、DWT-702型精密温度自控仪、FZh-K2型复合真空计等。
由热电偶测量炉温，毫伏定值器给出设定的温度值。如果热电偶电动势与定值器输出的毫伏值有偏差，则说明炉温偏离给定值。此偏差经微伏放大送入PID调节器，再经可控硅触发器推动可控硅执行器以相应地调整电炉丝的加热功率，从而使偏差值迅速消除，达到保温状态。
下面是用本发明的方法所进行的一个实测例，其程序如下取某产品的L-04号铝合金压铸件4只用甲苯、丙酮、乙醇依次清洗，用风吹干后立即进行计量。计量结果总重量为512.5克，比重为2.7克/Cm3计量后放入坩埚，置于装置内。
起动真空机前级泵，抽真空到1×10-2托后，开起扩散泵，使真空度达到1×10-4托。
停止真空机级，关闭所有阀门。
起动电炉，升温至720～750℃。
保温20分钟后进行测气，同时使加热炉下降。
从有关仪表可得知以下初始条件1、真空系统摩尔质量M＝0.029公斤(气体成份为空气)2、始压P0＝1×10-4(托)压力P1＝133.322P0始温始温T0＝27℃温度T＝T0+273(开)4、系统总容积V2＝0.028811745- (W)/(d) ×10-9米3其中W为被测件质量，d为比重。
根据上述初始条件可计算求出加热前系统内气体质量。
133.322×1×10- 4×(0.028811745-512.52.7×10-9)×0.0298.31×(27+273)]]>=4×10-9公斤上式为理想气体方程，其中R为摩尔气体常数，R＝8.31焦/摩开。
加热后可得到以下条件1、混合气体分子量u合＝H2×52.5%+O2×2.5%+CO×2%+N2×43%u合＝14.45摩尔气体质量M合＝0.01445公斤
2、由U型压差计得H＝60mmP2＝ (H)/16 ×133.322帕＝ 60/16 ×133.322＝499.9575帕3、屏下温度T下＝750℃屏中温度T中＝376℃屏上温度T上＝30℃于是T′＝273+750＝1023开T″＝273+376＝649开T″′＝273+30＝303开4、体积屏以下V′＝0.00739851- (W)/(d) ×10-9米3(W为试件质量，d为比重)屏中间V″＝0.00147456米3屏以上V″′＝0.02012849米3∴V′＝0.00739851- 512.5/2.7 ×10-9＝0.00739832米3放气后总质量m后＝m′+m″+m″′其中屏下m′= (P2V′M合)/(RT′) =
(499.9575×0.00739832×0.01445)/(8.31×1023)＝0.000006287公升屏中m″= (P2V″M合)/(RT″) =(499.9575×0.00147456×0.01445)/(8.31×649)＝0.000001975公升屏上
(499.9575×0.02012849×0.01445)/(8.31×303)＝0.000057752公升∴m后＝0.000066014公升放气量m放＝m后-m前＝0.00006601公升放气量在标准状况下所占体积V标＝ (m放)/0.01445 ×22.4×103＝102.32716毫升最后，再换算成百克合金含气量V＝ (V标)/(W) ×100＝ 102.32716/512.5 ×100＝19.96628毫升/百克上述结果为第一组，反复采用上述方法还测定了第二、三组结果取其平均值为17.07426CC/100g。
采用同样方法，测定浇注系统和集渣槽气体含量分别为16.57428CC/100g25.03227CC/100g由此得出集渣槽气体含量最多，铸件内部气体含量相当于浇注系统和集渣槽的平均值。
运用上述方法可直接得出涂料种类、涂量与气体含量的关系。
根据上述方法测定的结果还可分别确定1、浇口型式、位置、截面;
2、压铸温度;
3、压射速度、比压;
4、压室的充满度;
5、压铸机种类;
6、铸件壁厚等等工艺条件与铸件内部气体含量的关系，从而确定了最佳工艺参数。
权利要求
1.一种铝合金压铸件内部气体含量的测定装置，其特征在于由真空、熔化、冷却、升降、电控、测试等六个系统组成。
2.根据权力要求1所述的装置，其特征在于所说的熔化系统的加热炉为可升降的活动机构。
3.一种铝合金压铸件内部气体容量的测定方法。其特征在于先测试求出铸件放气前，系统内的气体质量，再加热使铸件熔化，放出内部气体后，再测试求出系统内的气体质量，后者减去前者即为测定结果。
专利摘要
一种铝合金压铸件内部气体含量的测定装置和测定方法。该装置由真空、熔化、冷却、升降、电控、测试等六个系统组成。该方法是根据理想气体方程分别求出系统内铸件放气前后的气体质量，两者之差即为铸件内部气体含量。
文档编号G01N33/20GK86105181SQ86105181
公开日1987年5月6日 申请日期1986年8月13日
发明者严成斌, 高中廉, 金荣贵, 孙常喜, 马晓敏, 陈金华, 李兴业, 王子文 申请人:哈尔滨科学技术大学, 哈尔滨电影机械厂, 一机部沈阳真空技术研究所