专利名称：湿型砂三性能快速测定方法及其测定仪的制作方法
技术领域：
本发明属于铸造行业中检测型砂性能的方法及其仪器，特别是一种可测定湿型砂紧实度、透气性和湿压强度的湿型砂三性能快速测定方法及其测定仪，适合于型砂生产线或型砂试验室快速测定型砂性能使用。
随着科学技术的日新月异，传统标准的型砂性能测定方法及其仪器已不能适应铸造行业迅猛发展的形势要求。为此，不少铸造工作者正努力寻求新的测定方法及相应的检测仪器。经查新，在现有技术中已有五种型砂性能自动检测装置一是美国Dieter公司研制的，发表在美国铸造师协会1967年刊(AFS Transaction)第353～359页的可在同一试样上测定砂温、水分、透气性、湿压或湿剪强度和湿压变形的型砂性能自动测定仪;二是我国《铸造机械》杂志1984年第二期发表的“型砂三性能自动快速检测的研究“一文所提出的型砂性能检测装置;三是日本《铸物》杂志第57卷第10号发表的型砂性能自动检测装置;四和五是中国实用新型专利ZL87210094和ZL88211114公开的湿型砂性能自动检测装置和型砂六性能的自动检测与控制仪。上述装置的特征各有不同，但在主要结构原理上大致相同，制备型砂试样都是采用下压方式，压砂头与试样筒必须有较高的配合精度，否则会发生夹砂，增加摩擦阻力，影响试验结果。这些装置均采用行程开关来控制试样筒填砂高度，准确性较差。此外，上述装置都不能同时检测出型砂紧实度、透气性和湿压强度，而这三项性能是国内外型砂检验中必检的常规项目，因此难以适应实际应用要求。在上述装置中，第一和第二种装置均采用传统标准的方法制作型砂试样来进行性能检测，难以达到快速测定的目的;第三种装置是以检测型砂试样的表面硬度来换算出抗压强度，其误差值较大;第四和第五种装置所测得的性能值又缺少了型砂湿压强度。上述的这些问题正是现有型砂性能自动检测装置存在之主要缺陷。
本发明的目的在于克服已有技术之不足，提供一种简单、快捷、检测精度高和可检测紧实率、透气性和湿压强度的湿型砂三性能测定方法及其测定仪。
本发明的任务是这样实现的本发明取消传统标准方法在测定透气性和湿压强度时要另外制备尺寸精度要求较高的标准工艺试样(φ50±0.2×50±1毫米)的烦锁过程，直接利用测试紧实率后的型砂试样测定透气压力和湿压强度，然后利用该透气压力和湿压强度与采用标准工艺试样所测得的透气压力和湿压强度之间存在的二元线性关系求得标准工艺试样的透气压力和湿压强度，最后再将透气压力换算成透气率便求得该型砂的标准紧实率、透气性和湿压强度。
上述的方法是采用如下的测定仪来进行的如图1和图2所示，该测定仪主要由检测机构、控制阀和微机系统组成，该检测机构的漏斗(23)置于试样筒(13)上方，在漏斗(23)的上部设置了筛网(22)和气动拨砂板(21)，在漏斗(23)两旁装有刮砂板(26)，在漏斗(23)的两侧各设置一个压力传感器(25)和一个带有位移传感器(17)的压实气缸(19)，漏斗(23)、压力传感器(25)和压实气缸(19)固定于工位气缸(24)上，在试样筒(13)的下端自上而下同轴心设置一个平位气缸(8)、一个试样推出气缸(6)和一个复位气缸(2)，复位气缸(2)的活塞杆(4)穿过试样推出气缸(6)底端，上行时伸入试样推出气缸(6)内，试样推出气缸(6)的活塞杆(7)穿过平位气缸(8)及其活塞(9)与位于试样筒(13)内跟试样筒(13)作动配合的推砂头(10)相连接，在试样筒(13)的下部高度大于推砂头(10)的厚度而不超过推砂头(10)在加砂时所处位置的顶部的该段筒壁上开一进气孔(12)和出气孔(27)，进气孔(12)与透气性鼓风机(11)接通，出气孔(27)与气压传感器(28)接通。
本发明的原理是这样的经过大量的试验，用本发明的方法测得的透气压力和湿压强度与用标准工艺试样测得的透气压力和湿压强度存在如图3、图4的二元线性关系，通过二元线性回归方程求得如下关系公式H3＝-11.44+0.2597×D+1.0567×H1σ3＝1-0.021×D+1.55×σ1式中H3为标准工艺试样的透气压力(毫米水柱)σ3为标准工艺试样的湿压强度(×105帕)D为型砂紧实率(%)
H1为用紧实率试样测得的透气压力(毫米)σ1为用紧实率试样测得的湿压强度(×105帕)根据上述公式，只要测出紧实率D和用紧实率试样测得的透气压力H1及湿压强度σ1即可求得用标准工艺试样所测得的透气压力H3和湿压强度σ3，再把透气压力代入下列公式，便求得透气率QQ= 9792.56/(H3) -60 (当H3≤60)Q＝256.2-2.583×H3(当H3≤76)Q＝217-2.06×H3(当H3≤H1)上述测定数据可以通过图表法转换或用微机处理快速求得合符传统标准的型砂性能测定方法所测得的紧实率、透气性和湿压强度。
本发明所用的测定仪的工作原理是这样的本测定仪的全部动作，包括检测信号的采集、处理、运算及至打印结果，均在微机控制下自动进行。可编程输入输出接口(P10)的A口作输入口，接收各运动部件到位的信号，经CPU回输给P10的B口，输出信号给控制电路板，接通相应的继电器和电磁阀，执行信号所指示的动作。各传感器传出的信号经模数转换器(A/D)转换后进入CPU，由CPU处理，运算后将检测结果通过打印机打出。
工作时，气动拨砂板(21)转动拨砂、型砂经筛网(22)网孔随随落入漏斗(23)中，再经过漏斗(23)导向落入试样筒(13)中。经过一定时间的加砂后，工位气缸(24)动作，将压实气缸(19)移至试样筒(13)的正上方，与此同时，随着漏斗(23)的移动，刮砂板(26)将高出试样筒(13)的型砂刮至斜槽(29)内排出。随后压实气缸(19)动作，活塞(20)下行将压砂头(15)压入试样筒(13)中对型砂进行压实。压实气缸(19)能产生与常规的冲样机三锤紧实法所产生的比压相等的压强，其值为3.6×105帕。由于紧实率与型砂试样的高度值成直线关系，因此当压砂头(15)停止下压时从位移传感器(17)传出的信号a经模数转换器(A/D)输入计算机进行运算并打出紧实率值。经实验证实，该紧实率值与传统标准方法用冲样机三锤冲击压实所测得的紧实率值是相同的(见图5)。测定紧实率之后，试样推出气缸(6)的活塞(5)下行，带动推砂头(10)下降至试样筒(13)底部，打开被推砂头(10)封闭的进气孔(12)和出气孔(27)，接着透气性鼓风机(11)往进气孔(12)供风，气体进入型砂试样下部的试样筒(13)内，经型砂试样中的砂粒间隙往外排出，其透气压力通过气压传感器(28)测出，输出信号b，经计算机运算得出透气性值并打出结果。测定透气性之后，工位气缸(24)动作，使压力传感器(25)置于试样筒(13)正上方，随后试样推出气缸(6)动作，活塞(5)上升，将型砂试样推出试样筒(13)，当型砂试样接触压力传感器(25)后，活塞(5)缓慢上升，对试样施加压力直至型砂试样被压坏，由压力传感器(25)输出的信号c，经计算机运算得出湿压强度值并打印出结果。上述性能测定后，平位气缸(8)动作，活塞(9)下行至底部，使试样推出气缸(6)的活塞杆(7)下移一定距离，使推砂头(10)的上表面与试样筒(13)上端面齐平。接着工位气缸(24)动作，使漏斗(23)回复到试样筒的正上方。与此同时，刮砂板(26)将压坏了的型砂试样刮至斜槽(29)内排出。随后复位气缸(2)动作，活塞(3)上行至最高位置，对活塞(5)下降距离进行限定，最后是活塞(5)下降，直至碰到活塞杆(4)顶端便停止，此时推砂头(10)所处位置即为原始位置，使每次检测都能获得恒定的填砂高度(此高度为标准试样的填砂高度，其值为120毫米)，至此便完成整个检测过程，恢复原始状态。
图1为本发明的湿型砂三性能快速测定仪的结构原理示意图。
图2为微机系统框图。
图3为紧实率试样透气压力与标准试样透气压力的关系图。
图4为紧实率试样湿压强度与标准试样湿压强度的关系图。
图5为紧实率与紧实率试样高度的关系图。
本发明与现有技术相比有如下优点1.能自动快速测定出型砂紧实率、透气性和湿压强度三项性能，适应常规检测要求。
2.所测定出的三项性能与传统标准的方法所测定的值是相同的，便于比较与交流。
3.本测定仪测定紧实率是采用上压方式，压头与试样筒之间不易产生夹砂现象，能保证试样受压稳定。
4.本测定仪采用气压驱动，可直接利用工厂或车间的气源，因此能降低制造和使用成本，而且仪器的可靠性和耐用性都比较高。
5.本测定仪结构简单、紧凑、造价低，易于实施。
为了使本测定仪外型整齐、美观、试样筒(13)、平位气缸(8)、试样推出气缸(5)、复位气缸(2)、斜槽(29)及气阀组件(1)置于仪器箱(30)内，其顶部设一块与试样筒(13)顶端齐平的平台(27)来覆盖。工位气缸(24)可以通过其两端外伸的活塞杆(16)与仪器箱(30)上端两侧的支架(14)连结支承于仪器箱(30)上方。
本发明适合于铸造车间使用，特别是在型砂生产线上应用，可获得快速、自动和准确的测定效果。
权利要求
1.一种湿型砂三性能快速测定方法，其特征在于直接利用测试紧实率后的型砂试样测定透气压力和湿压强度，然后利用该透气压力和湿压强度与采用标准工艺试样所测得的透气压力和湿压强度之间存在的二元线性关系求得标准工艺试样的透气压力和湿压强度，再将透气压力换算成透气率，从而求得该型砂的标准紧实率、透气性和湿压强度。
2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于其数据换算最好采用微机来进行。
3.一种湿型砂三性能快速测定仪，由检测机构、微机系统和电磁阀组组成，检测机构包括有试样筒(13)、位于试样筒(13)上方的漏斗(23)、设置于漏斗(23)上部的筛网(22)和气功砂板(21)以及设置于漏斗(23)两旁的刮砂板(26)，其特征在于在漏斗(23)两侧各设置一个压力传感器(25)和带有位移传感器(17)的压实气缸(18)，漏斗(23)、压力传感器(25)和压实气缸(18)设置于一个工位气缸(24)上，在试样筒(13)下端自上而下同轴心设置一个平位气缸(8)、一个试样推出气缸(6)和一个复位气缸(2)，复位气缸(2)的活塞杆(4)穿过试样推出气缸(6)底端，上行时伸入试样推出气缸(6)内，试样推出气缸(6)的活塞杆(7)穿过平位气缸(8)及其活塞(9)与位于试样筒(13)内跟试样筒(13)作动配合的推砂头(10)相连接，在试样筒(13)的下部高度大于推砂头(10)的厚度而不超过推砂头(10)在加砂时所处位置的顶部的该段筒壁上开一个进气孔(12)和出气孔(27)，进气孔(12)与透气性鼓风机(11)接通，出气孔(27)与气压传感器(28)接通。
全文摘要
一种用于铸造行业的湿型砂三性能快速测定方法及其测定仪。该方法是直接使用紧实率试样测定透气压力和湿压强度，再通二元线性关系求得标准工艺试样的透气性和湿压强度。该测定仪采用位移传感器测定紧实率，用压力传感器测定湿压强度，用气压传感器测定透气性，全部动作由气压驱动，检测信号的采集、处理、运算并最后打印结果，均在微机控制下自动进行。本发明的方法具有简单、快速和准确的特点，其测定仪结构简单、容易操作。
文档编号G01N3/60GK1051788SQ9010743
公开日1991年5月29日 申请日期1990年8月31日 优先权日1990年8月31日
发明者陈绍华, 郭安娜, 郑炎发 申请人:华南理工大学