CN101242919B - 发泡性混合物的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在发泡性混合物被注入到铸模前对其进行监控和控制，以保持注入的状态，由此来确保铸型具有均匀的强度的方法。此方法包括：(a)测量发泡性混合物温度的步骤，(b)在所测温度和预设的发泡性混合物的特征性质与温度的关系的基础上，确定一个或多个表征发泡性混合物的特征性质的特征参量的每一个参考值的步骤，(c)测量一个或多个表征发泡性混合物的混合状态的特征参量的步骤，(d)判断每一个特征参量是否都处于相应的参考值之内的步骤，(e)判断发泡性混合物是否处于正常状态或是其状态需要被调整的步骤。

Description

发泡性混合物的控制方法

技术领域

本发明涉及一种发泡性混合物的控制方法，特别涉及一种，当通过将由粒子状骨材，水溶性粘合剂及水混合并搅拌而成的发泡性混合物注入加热的模具空腔，来铸造例如主型或砂芯之类的铸型时，用来确保上述发泡性混合物处于预设的正常状态的控制方法。

背景技术

近年，由于其所得铸型的崩坏性的优良，一种使用水溶性粘合剂来作为粒子状骨材的粘合剂，并通过加热使其中的水分蒸发来达到硬化的目的的铸型铸造方法被提了出来。

传统的用来铸造上述铸型的铸型铸造装置包括，例如，一可上下运动的用来向模具中注入流砂的注入装置，其中此注入装置设有一垂直延伸的圆柱形空腔，空腔中设有一可上下运动的插棒，和一位于圆柱形空腔底部用来开通和关闭开口的门控，其中在圆柱形空腔的中间设有一开口，开口上设有一搅拌器，用来将流砂填入圆柱形空腔中。(见日本专利，公布号No.S55-54241)

另外，传统的铸型铸造装置可以通过在圆柱形空腔的中间设置一门控，或是改变圆柱形空腔的位置，或是改变其底部开口或插棒的位置来改变填入圆柱形空腔中的流砂量，以此来改变注入模具中的流砂量。

发明内容

然而，传统的铸型铸造装置需要向混合物中加水并搅拌，因为当其中水分不足的时候，作为铸型铸造原料且含有水溶性粘合剂的发泡性混合物的流动性会降低，导致不能够向模具的空腔中注入足量的混合物。另外，当发泡性混合物的粘度太高时，无法向模具的空腔中注入足量的混合物，所以混合物必须被重新搅拌。

因此，本发明的目的就是提供一种发泡性混合物的控制方法，由此提供一种在发泡性混合物被注入模具前对其的状态进行监控和控制的方法，而且此方法通过在混合物成型的过程中保持注入的状态，来提高注入的效率以及铸型强度的均匀性。

当通过将由粒子状骨材，水溶性粘合剂及水混合而成的发泡性混合物注入加热的模具空腔，来铸造铸型时，本发明的发泡性混合物的控制方法通过对混合物的控制，使其处于预设的正常状态。此方法包括：(a)测量发泡性混合物的温度的步骤，(b)在所测温度以及预设的发泡性混合物的特征性质与其温度的关系的基础上，确定表征发泡性混合物的特征性质的一个或多个特征参量的参考值的步骤，(c)测量一个或多个表征发泡性混合物的混合状态的特征参量的步骤，(d)判断每一个特征参量是否处于相应的参考值之内的步骤，(e)判断发泡性混合物是否被置于正常状态，或是当前状态需要被调整的步骤。

另外，当通过将由粒子状骨材，水溶性粘合剂及水混合而成的发泡性混合物注入加热的模具空腔，来铸造铸型时，本发明的发泡性混合物的控制方法通过对混合物的控制，使其处于预设的正常状态，包括：(a)测量发泡性混合物的温度的步骤，(b)在所测温度以及预设的发泡性混合物的特征性质与其温度的关系的基础上，确定表征发泡性混合物的特征性质的水分含量和粘度的参考值的步骤，(c)测量表征发泡性混合物的混合状态的水分含量的步骤，(d)判断所测的水分含量是否处于参考值之内的步骤，(e)当水分含量处于其参考值之内时，测量表征发泡性混合物的混合状态的粘度的步骤，(f)判断所测的粘度是否处于参考值之内的步骤，以及(g)判断发泡性混合物是否处于正常状态的步骤。

通过此发明，由于在铸型成型时保持了注入的状态，可以使得铸型的强度均匀。

附图说明

图1为本发明的铸型铸造装置的正视图，该正视图上还含有一局部剖视图。

图2为图1的铸型铸造装置的说明图。其所示为将混合物存储装置中的发泡性混合物注入水平分离式模具的状态。

图3为本发明的一个实施例的流程图。

图4为本发明的铸型铸造装置的正视图，该正视图上还含有一局部剖视图。

具体实施方式

现在，在图1至4的基础上，讨论本发明的发泡性混合物的控制方法。本发明中使用的铸型铸造装置中设有两个汽缸2，2，且它们的臂向上穿过基台1。另外，导向杆3，3被安装于基台1的四角。两个汽缸2，2的活塞杆支撑于升降框架4的下表面，其中升降框架4可以上下运动，且其四角可通过四个导向杆3，3滑动。水平分离式铸模5的下铸模6被设置于升降框架4的上表面。水平分离式铸模5的上铸模7被置于下铸模6之上，且上铸模7由安装于下铸模6的上部并位于导向杆3，3上的四组支持机构8，8所支撑。

导向杆3，3支撑了一水平延伸的顶棚框架9。一充当搅拌槽及注入筒功能的混合物存储装置10设置于顶棚框架9的右下部，使得第一移动台车11可以将其移至顶棚框架9的左部。混合物存储装置10包括一中空直方体12，其中有一中空腔垂直地贯穿，还包括一设置于中空直方体12的下端用来关闭它的底板14，且底板14上有供混合物注入用的注入开孔13，13。底板14的上部有水冷结构，下部有绝热结构。

一搅拌叶片机构15设置于顶棚框架9的右上部。此机构混合粒子状骨材，在常温下可溶的水溶性粘合剂，以及水，这些材料都置于混合物存储装置中。然后搅拌叶片搅拌此混合物并使之发泡。粒子状骨材可以是例如硅砂的材料。用作粒子状骨材的粘合剂的水溶性粘合剂可以是聚乙烯醇。搅拌叶片机构15中的搅拌叶片16通过传动机构18与马达17的输出轴相连接。马达17安装于随着汽缸19的伸缩而上下运动的支持部件20上。支持部件20具有一个顶盖21，用以覆盖混合物存储装置10的上端开口。搅拌叶片16和顶盖21都随着汽缸19的伸缩而上下运动。

一栓装置22装置于顶棚框架9上，并且紧靠在搅拌叶片机构15的下面。栓装置22用于栓塞混合物存储装置10的注入开孔13，13。栓装置22的栓23，23可被塞入注入开孔13，13中，并通过支持板24安装于向上的汽缸25的活塞杆的上端。栓23，23随着汽缸25的伸缩而上下运动。汽缸25通过支持部件26，26装置于顶棚框架9上。注入开孔13，13可以通过向其中塞入一系列的栓23，23来清洁。

一推出机构27被安置于顶棚框架9上并紧靠在水平分离式铸模5的上面。推出机构27推动混合物存储装置10中的混合物，使得它通过注入开孔13，13被注入。推出机构27包括一个具有一系列排气孔的活塞29，且此活塞29可以随着向下的汽缸30的伸缩而上下运动。

一铸型推出机构31被安置于顶棚框架9的左下部，这样该铸型推出机构31可以被第二移动台车32向右移动。铸型推出机构31推出上铸模7的铸型。铸型推出机构31包括一设于向下的汽缸35的活塞杆下端的推出板34。推出板34具有一系列铸型推出脚33。铸型推出脚33，33随着汽缸35的伸缩而上下运动。

为了确保铸型达到预设的质量，对发泡性混合物进行控制是很重要的，本发明对注入模具之前的发泡性混合物的状态进行监控和控制。在本发明中，使用铸型铸造装置，通过向加热的模具空腔中注入发泡性混合物来铸造铸型。

也就是说，本发明测量发泡性混合物的温度，然后按照发泡性混合物的预设特征性质(取决于它的水分含量，粘度，砂的种类及粒子大小，和粘合剂的种类及用量)，根据所测温度来确定一个或多个表征发泡性混合物的特征性质的特征参量的每一个参考值。特征参量可以是水分含量或是粘度。

然后，测量上述一个或多个表征发泡性混合物的混合状态的特征参量，根据本发明判断每一个确定的参量(例如，水分含量值或者粘度值)是否处于参考值之内(例如，处于参考值的上限阈值和下限阈值之内)。

接着，判断发泡性混合物是否处于正常状态，或者是否需要被调整。基于此判断，如果发泡性混合物处于正常状态，例如，每一个测得参量都处于相应的参考值之内，发泡性混合物将会被注入加热的模具空腔中并进行铸造。反之，如果发泡性混合物的测得参量中有一个不在相应的参考值之内，则在调整过粘度和/或水平含量相关的成分后，发泡性混合物的状态将会被再次监控。

现在，参考图3，我们来讨论本发明的一个实施例中的控制方法。

(a)如图3所示，发泡性混合物的温度(T)由传感装置测量(步骤S1)。

发泡性混合物由粒子状骨材，水溶性粘合剂和水组成，它们在混合物存储装置中通过搅拌叶片传动机构被混合，搅拌，并起泡。粒子状骨材可以是硅砂，铝砂，橄榄石砂，铬砂，锆砂，莫来石砂，或各种合成骨材。用作粒子状骨材的粘合剂的水溶性粘合剂可以是聚乙烯醇或它的衍生物，例如，皂化程度80-95mol％的聚乙烯醇或它的衍生物，和/或α-淀粉，糊精，或它的衍生物，或皂素，或糖。水溶性粘合剂被混合进粒子状骨材中，例如，以骨材重量的0.3-10wt％的比例。水可以是除了强碱水之外的任何水。水的含量可以是，例如，水溶性粘合剂的2-10％。温度传感装置可以包括，但不局限于，一接触式或非接触式的温度传感装置，例如，作为接触式的温差电偶式的温度传感装置，或作为非接触式的利用激光，红外射线(温度记录器)，或超声的温度传感器。

(b)然后，基于测得温度以及预设的发泡性混合物的特征性质与其温度之间的关系，确定发泡性混合物的水分含量参考值(Ws)和粘度参考值(Vs)(步骤S2)。这些参考值表征了发泡性混合物的特征性质，并会对铸型质量产生影响，尤其是在此实施例中。

发泡性混合物的流动性及起泡百分比可随其温度，水分含量，或粘度的变化而变化。相应地，铸型的质量，诸如注入发泡性混合物的难度，以及铸型的强度，都会随之变化。因此，温度，水分含量，粘度等之间的关联性都作为混合物的特征性质在试验中预设。

(c)接着，利用水分含量测量装置测量表征发泡性混合物的混合状态的水分含量(V)(步骤S3)。

水分含量测量装置可以包括，但不局限于，例如一个利用测量电阻或是利用微波的方法的水分分析仪，或是一个通过加热发泡性混合物使其水分蒸发，然后测量其减轻的重量来确定水分含量的水分分析仪。

(d)然后，判断水分含量(W)是否处于参考值(Ws)之内。

也就是说，判断发泡性混合物的水分含量(W)是否在上限阈值(Wsuth)和下限阈值(Wsdth)之间，其之间的值表明处于参考值(Ws)之内。上限阈值(Wsuth)和下限阈值(Wsdth)可以通过一些实验提前确定。

(e)接着，在水分含量(W)处于参考值(Ws)之内的情况下，利用粘度测量装置测量表征发泡性混合物的混合状态的粘度(V)(步骤S5)。

粘度测量装置包括，但不局限于，利用插入一探针，旋转一探针，或是插入并旋转一探针的方法的粘度测量装置，或是测量表观粘度的装置。例如，利用插入一探针的方法以相对方式测量粘度的粘度探测器，例如，杆状探针上置有一球状或是柱状的部分(这部分可与杆做成一体式或是分体式)，将探针的顶端插入发泡性混合物中，插入的负荷(阻力)即被确定为粘度。利用旋转探针的方法的粘度探测器以相对方式测量粘度，例如，杆状探针上置有一球状或是柱状的部分(这部分可与杆做成一体式或是分体式)，探针的顶端被旋转并插入发泡性混合物中，然后探针的负荷(阻力和力矩)即被确定为粘度。利用旋转并插入探针的方法的粘度探测器以相对方式测量粘度，例如，杆状探针上置有一盘状或是扇状的部分(这部分可与杆做成一体式或是分体式)，探针的顶端被插入发泡性混合物中并被旋转，然后探针的负荷(力矩)即被确定为粘度。另外，测量表观粘度的粘度探测器以相对方式测量粘度，例如，发泡性混合物被填入一具有一定口径的圆筒中，并被施加以一定的预设压强，然后其流出圆筒的速度即被测量确定为粘度。因为发泡性混合物是非牛顿流体，利用插入一探针，旋转一探针，或是插入并旋转一探针的方法的粘度探测器，要比测量表观粘度的探测器更好。

(f)接着，确定测得的粘度(V)是否处于粘度的参考值之内(步骤S6)。

也就是说，确定发泡性混合物的粘度是否在上限阈值和下限阈值之间，其中在之间的值就被认为是在粘度的参考值之内。

(g)然后，如果粘度(V)处于粘度参考值(Vs)之内，发泡性混合物被认为是处于正常状态(步骤S7)，铸造过程开始。

(h)如果在步骤S4测得的水分含量(W)不在水分含量的参考值(Ws)之内(在阈值Wsdth和Wsuth之间)，则所缺的水分被添加，发泡性混合物被重新混合并搅拌(步骤S8)。

(i)如果在步骤S6测得的粘度(V)不在参考值(Vs)之内(在阈值Wsdth和Wsuth之间)，则发泡性混合物被重新搅拌和混合以达到预设粘度。

在本发明中，发泡性混合物的温度，粘度和水分含量分别由温度传感器，粘度探测器和水分含量分析仪测量，这些仪器均设置于混合物存储装置的外侧或内侧。

在本发明中，温度等测量也可以通过从混合物存储装置中对发泡性混合物取样来分批完成测量过程，或是通过将测量仪器装置在混合物存储装置内来进行连续的测量过程。

在本发明中，由于粘度和水分含量的数值会随着粒子状骨材和水溶性粘合剂的类型变化而变化，所以很难确定最恰当的数值。然而，例如，如果砂的温度为0-40℃，则粘度的参考值应该为0.5-5Pa·s，水分含量的参考值应该为2-10wt％。

现在，我们讨论本发明的实施例。但本发明并不局限于此实施例。

[实施例]

本实施例使用硅砂作为粒子状骨材，使用聚乙烯醇(由日本Vam & Poval Co.Ltd.生产)和淀粉(糊精NSD-L由Nissi & Co.Ltd生产)作为水溶性粘合剂。100份重量的硅砂(Flattery sand)，0.2份重量的聚乙烯醇，0.8份重量的淀粉，0.2份重量的柠檬酸，5份重量的水被混合，搅拌并起泡，使得粘度为2Pa·s，水分含量为4.5wt％。温度为20℃。

在混合物起泡之后，其粘度和水分含量被测量。粘度为0.5-3.5Pa·s，水分含量为2.5-7wt％。在确认了这些值都处于参考值之内后，铸造过程开始。由此，可以确认，在使用混合物来进行铸造时这种控制发泡性混合物的方法可以有效地保证注入效率。

现在，我们讨论依照本发明用来铸造铸型的铸型铸造装置的功能。如图1所示，在注入开孔13，13被栓装置22的栓23，23塞住之后，然后，例如，作为粒子状骨材的硅砂，作为水溶性粘合剂的聚乙烯醇和水被放入混合物存储装置10。然后，它上端的开口被顶盖21闭合。

然后，搅拌叶片机构15的马达17运转，搅拌叶片16转动，以对硅砂，聚乙烯醇和水进行混合搅拌，由此起泡的发泡性混合物被制成。

然后，汽缸19收缩来提升搅拌叶片16和顶盖21。在那之后，伴随着上述过程，通过控制一温度传感器D1，一粘度探测器D2，一水分含量分析仪D3来确认发泡性混合物的性质处于正常状态，然后栓装置22的一汽缸25收缩，将栓23，23从注入开孔13，13拉出以此打开注入开孔13，13。

在那之后，铸型推出机构31被第二移动台车32向左移动，混合物存储装置10也被第一移动台车11向左移动，并被置于加热的水平分离式铸模5的正上方。然后，汽缸2伸长通过升降框架4提升下铸模6，并将上铸模7置于下铸模6上，将混合物存储装置10置于上铸模7上，并使得混合物存储装置10的下端接触上铸模7的上端。

然后，如图2所示，推出机构27的汽缸30伸长以降低活塞29。在活塞下降的过程中，当活塞29和混合物之间的空气从排气孔28，28排出之后，排气孔28，28上端的开口被阀门装置关闭(图中未表示)，然后混合物存储装置10中的混合物被挤压以注入到水平分离式铸模5的空腔中。由于混合物中的水分被水平分离式铸模5的热度所蒸发，所以注入的混合物硬化。在完成了向水平分离式铸模5中注入混合物的过程之后，汽缸30收缩以提升活塞29，然后铸型推出机构31被第二移动台车32向右移动，混合物存储装置10也被第一移动台车向右移动，以使得铸型推出机构31回到水平分离式铸模5的正上方，且混合物存储装置10回到搅拌叶片机构15的正下方。

此后，铸型推出机构31的汽缸35伸长将铸型推出脚33，33插入上铸模7。然后汽缸2，2收缩以降低下铸模6，使得铸型从上铸模7分离。接着，一铸型推出机构(图中未表示)将铸型从下铸模6往上推。同时，硅砂，聚乙烯醇和水被放进混合物存储装置10，其中混合物存储装置10已经为下一铸型做准备回到搅拌叶片机构15的正下方。

在此实施例中，混合物存储装置10中的混合物被推出机构27的活塞29注入水平分离式铸模5中。然而，混合物的注入方法并不局限于此，如图4所示，一种用压缩空气来注入混合物的方法也可以达到相同的效果。也就是说，代替活塞29，一安装于推出机构27的汽缸43的活塞杆下端的顶盖42，气密地关闭混合物存储装置10的上端的开口，并与一压缩空气源连通。当混合物被注入到水平分离式铸模5中时，压缩空气被提供至混合物存储装置10中的混合物的上表面。在此情况下，搅拌机构和压缩空气注入机构可以合并。

Claims (6)

1.一种在通过将发泡性混合物注入到加热的铸模空腔中来铸造铸型时，控制发泡性混合物，使其处于预设的正常状态的方法，其中发泡性混合物通过混合粒子状骨材，水溶性粘合剂和水获得，其中此方法包括

(a)测量发泡性混合物温度的步骤，

(b)在所测温度和预设的发泡性混合物的特征性质与温度的关系的基础上，确定表征发泡性混合物的特征性质的水分含量和粘度的参考值的步骤，

(c)测量表征发泡性混合物的混合状态的水分含量的步骤，

(d)判断水分含量是否处于参考值之内的步骤，

(e)如果所测的水分含量处于参考值之内，测量表征发泡性混合物的混合状态的粘度的步骤，

(f)判断粘度是否处于参考值之内的步骤，

(g)如果所测的粘度处于参考值之内，确定发泡性混合物处于正常状态的步骤，该正常状态为该发泡性混合物能被注入到该空腔中的状态，

(h)如果所测的水分含量不在参考值之内，则添加缺少的水分并重新混合发泡性混合物的步骤，

(i)如果所测的粘度不在参考值之内，则重新混合发泡性混合物的步骤。

2.根据权利要求1所述的控制发泡性混合物的方法，其中发泡性混合物的温度或者由接触式温度传感装置测量，或者由非接触式温度传感装置测量。

3.根据权利要求1所述的控制发泡性混合物的方法，其中发泡性混合物的水分含量或者由通过测量其电阻的方法测得，或者由利用微波的方法测得。

4.根据权利要求1所述的控制发泡性混合物的方法，其中发泡性混合物的粘度或者由利用插入一探针的方法的粘度测量装置测得，或者由利用旋转一探针的方法的粘度测量装置测得，或者由利用插入并旋转一探针的方法的粘度测量装置测得。

5.根据权利要求1所述的控制发泡性混合物的方法，其中发泡性混合物的水分含量和粘度可以通过从发泡性混合物的混合物存储装置中取样来分批测量。

6.根据权利要求1所述的控制发泡性混合物的方法，其中发泡性混合物的温度、水分含量和粘度可以通过将测量装置安装在发泡性混合物的混合物存储装置中来连续测量。

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