CN1099479A - 铸造型砂多项机械性能测试方法及实施该方法的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造型砂多项机械性能测试方 法及实施该方法的系统，该系统由平稳加载装置，砂 样夹持装置，信号检测计算机处理装置组成，在加载 过程中，控制对砂样的加压速度以得到平衡的加载效 果，在测试型砂机械性能时，利用压力传感器及位移 传感器采样，信号通过位移变送器、放大器后，再经 A/D转换输入到计算机中进行处理，该系统能通过 一个砂样的检测快速准确地给出一些反映型砂本质 特征的指标和某些新的结论。

Description

本发明涉及一种铸造型砂多项机械性能测试方法及实施该方法的系统。

型砂是一种复杂的介质，兼具粘、弹、塑性，在外力对其紧实过程中，不仅与紧实能级有关，更与紧实过程中的时间因素有关。现有的型砂检测仪无论是强度仪还是其它性能测试仪，对一个砂样只能测得一种机械性能，测试的型砂消耗大，测试比较费时，反馈慢，同时，测试过程及结果的给出，多用手动及必要的换算，因此容易人为地引入误差和错误。

高强度紧实方法的发展，除了对型砂强度有所要求外，更对型砂的粘、弹性、塑、韧性提出了控制和要求。型砂塑、韧性是衡量型砂性能的重要指标，其反映了型砂在外力作用下发生开裂破坏前能承受的冲击力和变形能力，曾用破碎指数作为型砂韧性的指标，采用的测试装置为钢球下落式的破碎指数仪（韧性指数仪），其过程是通过计算被钢球击碎的砂样留在筛网上和落入底盘的型砂重量的比值来衡量型砂的韧性，可见这种间接的测量方法无论在测试原理和过程上，还是在数据的精确和灵敏程度上，都令人置疑。

美国人曾用型砂震击韧性测试仪来测量型砂的韧性，其过程是：将砂样固定在托盘上，开动振动电机使托盘对砂样产生震击作用，直至砂样被破坏，数出震击次数并以此来衡量型砂的韧性，这种方法存在的问题也是比较明显的，因为砂样的这种破坏方式与实际生产中型砂的破坏方式出入很大，同时，更存在着测试稳定性差及精度较低的问题。

Beonisch利用PSV型型砂测微器，对型砂的剪切位移极限（Shearing Deformation Limit）进行了测量和研究。讨论分析了影响该变形量的各种因素和规律，并得出结果认为该变形量可以代表型砂的塑性，但是，由于多种原因，以上研究都没有对整个剪切过程中的应力和应变的变化过程加以测试和分析，因此掩盖了一些型砂的本质特征，并且存在紧实方法和测试精度等方面的问题。

美国专利US4.930.354公开了一种测试铸造型砂性能的设备，包括带有翻转筛的加压装置，配有压实器的测试装置，带有测量砂样物理性能紧实率和湿度的传感器及测量型砂抗压强度的传感器的检测装置。美国专利US4.442.884公开了一种自动连续测量型砂剪切强度的工艺和设备。但上述装置都存在着测量对象单一，测量手段不完备等问题。

现代铸造生产对型砂的检测和控制提出了更高的要求，传统的型砂测试方法已不能适应这种要求，而对某些传统测试方法的多种组合也不能得出新的结论。

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足之处提供一种铸造型砂多项机械性能测试方法及实施该方法的系统。通过对砂样的一次检测能迅速准确地同时得到多种型砂机械性能参数，全面衡量型砂的综合机械性能。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

为了得到平稳加载的状态，消除系统的误差，在加载过程中，要控制对置于夹头间的砂样的加压速度，在抗压测试时，用压力响应装置来监测被测砂样的受力状态，位移响应装置监测被测砂样的相对位移量，再分别经位移变送器、放大器处理后，通过A/D转换把得到的电压模拟信号转换成计算机可以接收和储存的数字量。通过相应的软件系统就可得出所测的应力-应变曲线及反映型本质性能的机械性能：刚度、抗压强度、塑性变形极限、韧性指数;通过变换夹头还可以测出型砂试样受剪、受拉、受弯曲的应力-应变曲线及相应的机械性能。

本发明所涉及的铸造型砂多项机械性能测试系统包括：平稳加载装置，砂样夹持装置，信号检测计算机处理装置，平稳加载装置由低转速小功率电机（1）、蜗杆（2）、带有内螺纹并安有螺旋推杆（4）的蜗轮（3）组成，微型低转速小功率电机（1）通过皮带传动，将力加到蜗杆（2）上，蜗杆（2）带动蜗轮（3）转动，蜗轮（3）转动一周，螺旋推杆（4）向前移动一个螺距，砂样夹持装置的夹头分左夹头（8）、右夹头（10），信号检测计算机处理装置由压力传感器（7）、位移传感器（6）、位移变送器（11）、A/D转换卡、放大器（12）、主机、打印机组成，压力传感器（7）及位移传感器（6）的挡头安装在螺旋推杆（4）上，压力传感器（7）与左夹头（8）相接，位移变送器（11）接位移传感器（6），放大器（12）接压力传感器（7），信号经位移变送器（11）、放大器（12）进入A/D转换卡。打印机与主机联结，可以打印出测试曲线、测试参数以及各种分析图表。

检测数据文件程序主要是控制采样周期，驱动A/D转换程序，读取测试结果并存盘，也可进行一些简单的计算。

检测采样A/D转换程序主要是将A/D卡转换得的数字量进行采集，并储存在特定的内存区域，以备存盘调用。

数据处理程序主要是将存盘后的数据进行分析处理，绘出曲线，得出所要计算的参数，并打印出结果。该部分是在理论分析的基础上，对所得数据进行处理、计算，得出所要求的参数。

本发明采用的型砂性能测试方法及测试系统其优点在于测试系统运用了现代测试技术和测试手段，通过一个砂样的检测快速准确地给出了一些反映型砂本质特征的指标和某些新的结论，克服了传统的型砂测试的单一性和非系统性。

本发明的方法和实施该方法的系统可参考附图详细说明：

图1为该测试系统采样部分主视图

图2为电机、蜗轮、蜗杆的主视图

图3为应力-应变的特征曲线

图4为建立文件程序框图

图5为A/D转换程序框图

图6为数据处理程序框图

在图3中：

σm表示了砂样抗压过程中所能承受的极限应力，代表了型砂的抗压强度。

OA段近似于直线变化，表明此过程具有弹性变形特征，K₁为其斜率，由插值法求得线性回归方程的斜率即为此值，K₁值体现了型砂的弹性性能，谓之刚度。

εm指从起始点O至试样断裂点C的总变形量，即塑性变形极限。

E值指OABCD所围成的面积，反映型砂抵抗破坏的变形功，称之为韧性指数：

$E=\underset{i=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\σ}\left(\mathrm{\ϵi}\right)\mathrm{\Δ\ϵi}---(o,\mathrm{\ϵm})$

实施例：

用碾轮式混砂机混制测试用型砂，所用原砂为大林标准砂，标号为：NBS55/100，粒度规格见下表：

筛号

＞28

45

55

75

100

150

200

含泥量

残留量％

＜2

＜13

18－23

40－46

13－17

＜8

＜3

＜0.5

所用粘土为黑山钙基膨润土，具体混砂工艺如下：

原砂+粘结剂→干混4分钟→加适量的水→湿混8分钟→出砂

出碾的型砂需过筛后使其均匀，装入特制的塑料袋中进入密封回性，回性时间为24小时，测试前，将回性过的型砂用网眼0.25英寸（0.794cm）的筛子进行筛制，控制到所要求的紧实率，砂样高度为50±0.2mm，将制好的砂样从样筒中取出，放置于系统中的夹头间。

为了得到平稳加载的状态，消除系统的误差，在加载过程中，要控制对置于夹头间的砂样的加压速度，在抗压测试时，用压力响应装置来监测被测砂样的受力状态，位移响应装置监测被测砂样的相对位移量，再分别经位移变送器（11）、放大器（12）处理后，通过A/D转换把得到的电压模拟信号转换成计算机可以接收和储存的数字量，将A/D卡插在主机（APPLE-Ⅱ）4^＃槽内，将信号线接在模拟开关任何两个通道上，通过汇编语言完成对A/D转换的控制，并将采样所得的数据存于内存中，然后通过驱动器进行存盘，以备调用，通过相应的软件系统就可得出所测的应力-应变曲线及反映型砂本质性能的机械性能：刚度、抗压强度、塑性变形极限、韧性指数，通过变换夹头还可以测出型砂试样受剪、受拉、受弯曲的应力-应变曲线及相应的机械性能。

在平稳加载过程中，利用一台转速为70rpm、功率为15W的微型低速电机、电机正反转可逆，利用皮带传动，将力加到蜗杆（2）上，蜗杆（2）带动蜗轮（3）转动，蜗轮（3）转动一周，螺旋推杆（4）向前移动一个螺距，砂样夹持装置的夹头分左夹头（8）、右夹头（10），信号检测计算机处理装置由测力及称重传感器、差动变压器式位移传感器、位移变送器（11）、放大器（12）、A/D转换卡（该卡由8位缓冲器74LS174、2716EPROM、6D触发器74LS174、12位数模转换AD7521以及反相器、比较器、16通道模拟开关4067等组成）、主机（APPLE-Ⅱ）、打印机组成，压力传感器及位移传感器的档头安装在螺旋推杆（4）上，压力传感器（7）与左夹头（8）相接，位移变送器接位移传感器（6），放大器（12）接压力传感器（7），信号经位移变速器（11）、放大器（12）进入A/D转换卡，打印机与主机（APPLE-Ⅱ）联接，可以打印出测试曲线、测试参数以及各种分析图表。

测试结果如下：

Claims (3)

1、一种铸造型砂多项机械性能测试方法，其特征在于：

在加载过程中，控制对置于夹头间的砂样的加压速度以得到平稳的加载效果，在抗压测试时，用压力响应装置来监测被测砂样的受力状态，位移响应装置监测被测砂样的相对位移量，再分别经位移变送器、放大器处理后，通过A/D转换把得到的电压模拟信号进行转换并输入计算机，通过相应的软件系统就可得出所测的应力-应变曲线及反映型砂本质性能的机械性能：刚度、抗压强度、塑性变形极限、韧性指数。

2、根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：通过变换夹头还可测出型砂试样受剪、受拉、受弯曲的应力-应变曲线及相应的机械性能。

3、一种实施如权利要求1或2所述铸造型砂多项机械性能测试方法的系统，其特征在于：由平稳加载装置，砂样夹持装置，信号检测计算机处理装置组成，平稳加载装置由低转速小功率电机（1）、蜗杆（2）、带有内螺纹并安有螺旋推杆（4）的蜗轮（3）组成，微型低转速小功率电机（1）通过皮带传动，将力加到蜗杆（2）上，蜗杆（2）带动蜗轮（3）转动，蜗轮（3）转动一周，螺旋推杆（4）向前移动一个螺距，砂样夹持装置分左夹头（8）、右夹头（10），信号检测计算机处理装置由压力传感器（7）、位移传感器（6）、位移变送器（11）、A/D转换卡、放大器（12）、主机、打印机组成，压力传感器（7）及位移传感器（6）的挡头安装在螺旋推杆（4）上，压力传感器（7）与左夹头（8）相接，位移变送器（11）接位移传感器（6），放大器（12）接压力传感器（7），信号经位移变送器（11）、放大器（12），进入A/D转换卡。

Images