CN87210094U - 湿型砂性能自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种铸造用湿型砂性能的自动检测装置，用以及时检测和控制型砂的质量。本装置由供砂组件、砂样制备及紧实率测定组件、水分及砂温测定组件、透气性测定组件以及劈裂强度测定组件构成。全部动作，包括检测信号的采集、处理、运算并最后打印结果，均在微机控制下自动进行，用以测定型砂的紧实率、水分、砂温、透气性及劈裂强度。由于采用了电测技术，因此结构简单、实施较容易，并避免了人为因素对检测结果的影响，提高了检测精度

Description

湿型砂性能自动检测装置

本实用新型提出了一种湿型（粘土）砂性能的自动检测装置，它可用于机械化砂处理系统的在线检测和分析，或混砂机的自动控制。属于金属铸造领域。

砂型铸造是铸件生产的主要工艺，而制造铸型的型砂性能会直接影响铸件质量和生产成本。特别是高压造型工艺的发展和普及，对型砂性能提出了更加严格的要求，使型砂性能的检测与控制更加重要。

迄今型砂性能自动检测装置主要有两种：一种是美国Dietert公司研制的，发表在美国铸造师协会1967年年刊第353－359页中（AFS    Transaction    1967，P.353－359），它可以在同一个砂样上测定砂温、水分、透气性、湿压或湿剪强度和湿压变形等项目；另一种是日本学者研制的，发表在日本铸造杂志1985年第57卷第10号中（铸物，第57卷，1985，第10号），它可以测定砂温、水分、紧实率、透气性及湿压强度等项目。前一种仪器测定速度较慢，结构较复杂，未能普及。后一种使用间接测量法测定湿压强度，其误差比较大；紧实率的测定采用了齿轮等传递元件，不易准确；透气性的测定机构较复杂，所选用的快速测定透气率的方法，必须保证标准节流孔（φ0.5或φ1.5毫米）的尺寸和形状足够精确。特别是上述两种测定透气性的装置中，所使用的通气塞极易为砂粒嵌死而失效。而使用常规仪器测定型砂性能费时，其精确度在很大程度上依靠操作人员的经验及技术，所以，型砂性能的控制往往不及时，造成铸件的废品量很大，经济损失相当可观。

本实用新型的目的是针对当前型砂性能的检测技术存在的不足，提出一种结构较简单、加工要求较低，在同一砂样上能检测砂温、水分、紧实率、透气性和劈裂强度五项性能的自动检测装置，其优点是：检测速度快（约1分钟）；检测精度、可靠性及重现性高；检测过程全部自动；检测结果经处理后可用来分析型砂成分，从而保持型砂性能的稳定。

本实用新型由两个系统组成，机械系统除供机构运动动力的油泵及相应的控制阀外，有：供砂组件（图1中虚线框Ⅰ所示）；制样及紧实率测定组件（图1中虚线框Ⅱ所示）；水分及砂温测定组件（图1中虚线框Ⅲ所示）；透气性测定组件（图1中虚线框Ⅳ所示）；劈裂强度的测定组件（图1中虚线框Ⅴ所示），控制系统有：微机及其接口；信号放大器；控制与检测软件及控制电器组成，现分别说明如下：

1.供砂组件

供砂组件置于本装置的最上端。所需检测的型砂，从混砂机或供砂皮带上收集，经震动筛（1），以及位于震动筛（1）下的漏斗（2）进入漏斗下方的样筒（7），样筒（7）装满型砂后，位于样筒（7）沿口平面内的光电元件（3）发出信号，停止装砂。震动筛（1）支承在弹簧（4）上，弹簧（4）与本装置的机体（34）相连接，震动由轴上带偏心重（5）的微电机（6）传至震动筛（1）。

2.砂样制备及紧实率测定组件

垂直放置的样筒（7）装满型砂后，由装在本装置一侧的压头（12）推掉余砂。压头（12）与油缸（13）内的活塞相连，油缸（13）内的活塞左右移动时可带动压头（12）左右移动。当压头（12）行至中间位置，将余砂经由溜砂槽（14）排出后，位于本装置下部垂直放置的压实油缸（8）下端孔进油，上端孔排油，推动油缸（8）的活塞上行，带动固定于油缸（8）内活塞杆上端的水平平台（9），经固定在水平平台（9）上並与压砂头（10）同轴线的压杆（21），迫使与样筒（7）作动配合的压砂头（10）上行，压紧样筒（7）内作为砂样的型砂，同时平台（9）推动位移传感器（11）以测定压砂行程。传感器（11）位于平台（9）上方的空间内，由电磁铁（30）操纵可左右平移。

紧实率是型砂紧实前后体积变化的百分比，在试样直径一定时，此体积变化在测定了压砂头（10）的行程后可以算得。

3.水分及砂温测定组件

型砂中的水分是通过测定它的导电率来检测的。水分和砂温是在砂样制好並测得压砂行程之后进行的。作电极用的铜棒（15）装在压头（12）下端面的中心位置，当压头（12）行至中间位置时，铜棒（15）与砂样上端面接触。样筒（7）用作另一电极，在该两电极间接上电源，就可以测定型砂的导电率。铜棒（15）用绝缘套（16）与压头（12）绝缘。砂温由装在压头（12）下端面上的软衬底薄膜热敏电阻（17）测定，测量时，热敏电阻（17）也与砂样上端面接触，其电源为恒流源。水分的测定范围为1.5％～6％，温度检测范围为0℃～100℃。

4.透气性测定组件

本装置的透气性测定组件是依据标准法测定原理设计的。在上述砂样制备过程中，当平台（9）升起时，带动装在其上方空间内的顶杆（18），顶杆（18）的一端与一下端面敞开的钟罩（19）相连。当顶杆（18）上升时，带动钟罩（19）上行。顶杆（18）由电磁铁（31）操纵可左右平移。钟罩（19）浸在贮有液体（油或水）的固定容器（20）中。

压砂头（10）的上部外圆柱面通过密封环（35）与样筒（7）的内圆柱面作动配合。压砂头（10）的下部外圆柱面与样筒（7）的内圆柱面之间具有气隙（36）。压砂头（10）的内部有圆柱形气室（22），该气室经过开设在压砂头（10）中的气道（38）与圆周形气隙（36）相通。气室（22）的圆柱面与压杆（21）上端的外圆柱面作动配合，气室（22）下部有密封环（37）。压砂头（10）内还设有气路（23）连接气室（22）和压杆（21）内的气道（24）。

当钟罩（19）上行时，空气经气隙（36），气道（38）和气路（23）进入压杆（21）的气道（24），並经软管（26）进入钟罩（19）的内部空间（25），使空间（25）吸入定量空气。软管（26）的一端与气道（24）的下端接通，另一端与钟罩（19）的内部空间（25）接通。

测定砂样的透气性时，油缸（8）的活塞先带动压杆（21）下行。开始时，由于压砂头（10）与样筒（7）之间的摩擦阻力，使压砂头（10）不动。压杆（21）继续下行至盖住气道（38）与气室（22）的通路，压杆（21）内的气道（24）便与压砂头（10）内的气路（23）的下孔相通，而气室（22）与气隙（36）之间的通路隔绝。此时，压杆（21）带动压砂头（10）下降1～4毫米，使压砂头（10）的上端面与砂样的下端面之间有一相应的距离。然后，启动电磁铁（31），使顶杆（18）平移出平台（9）的上方空间。此时钟罩（19）便因自重而下降，其内部空间（25）内的空气经软管（26），气道（24）和气路（23）进入样筒（7）内的砂样下方，最后经砂样逸出。钟罩（19）的一侧装有二只光电管（32）及（33），测出由上下二个光电管（32）及（33）所控制的钟罩下降距离所需的时间t，就可用下式计算型砂的透气性K：

K＝K′· (H)/(t)

式中：K′为一常数，它与钟罩（19）的重量、由二只光电管（32）及（33）所控制的通过砂样的空气量及砂样的断面积有关，H是砂样高度，制备砂样时已测得。

5.劈裂强度的测定组件

测定劈裂强度时，应先利用两个电磁铁（30）及（31）将位移传感器（11）及顶杆（18）平移到平台（9）上行的空间范围以外，压头（12）在油缸（13）带动下复位。接着利用油缸（8）的活塞举升压杆（21），带动压砂头（10）将砂样全部顶出样筒。这时，装在样筒（7）上方一侧的压板（27）向砂样方向移动（压板（27）由油缸（29）的活塞推动），使砂样在压板（27）与压头（12）的挤压下承受劈裂载荷，直到砂样劈裂。此劈裂载荷由装在油缸（29）的活塞轴上的力传感器（28）测得，根据测得的劈裂载荷与试样尺寸，就可以计算出型砂的劈裂强度。

试样劈裂后，油缸（29）的活塞复位，油缸（13）内的活塞移动，推掉砂样后复位。油缸（8）复位，在复位过程中打印或显示测定结果。

6.微机系统

本装置的全部动作，包括检测信号的采集、处理、运算並最后打印结果，均在微机控制下自动进行。

型砂五种性能的检测过程在中央处理单元（CPU）统一管理下执行可擦可编程序存贮器（EPROM）内的控制程序，此程序是按五种性能的检测过程所要求的动作顺序，以及对所测信号的处理和运算需要而编制的。

可编程输入输出接口（P10）的A口用作输入口，接收各运动部件是否到位的信号，到位信号经CPU回输给P10的B口，通过B口输出信号，接通相应的控制电器，执行动作命令並用信号指示所执行的动作内容。紧实率、砂温、导电率、透气性及劈裂强度是依次测定的，检测命令的转换由软件实现，软件还有对检测信号进行数字滤波处理和作运算的功能。经软件选中的检测信号，经多路运算放大器放大后输入到模数转换器（A／D），通过A／D转换后进入CPU，由CPU处理、运算后将结果存入内存。待检测结束后，由CPU将内存中的检测结果通过微型打印机打出。

与前述已有技术相比，本实用新型的特点是：

1.使用电测技术，通过直接测定压制砂型时油缸活塞的位移的方法来制定测定紧实率，避免了传递元件传递信号过程中产生的误差。

2.采用测定型砂导电率的方法测定型砂水分，经微机软件处理后，排除了测定时型砂内形成的反电势干扰。

3.使用改进的标准法测定透气性，避免了快速法测定时加工标准节流孔的困难，並可省去吹风机、定压阀、微差压计算控制、检测部件，简化了机构；而且所设计的装置不会出现砂粒嵌死通气缝隙的现象。

4.使用软衬底薄膜热敏电阻作敏感元件测定砂温，与一般热电偶或热敏电阻相比，有反应速度快，线性度好的优点。

5.强度性能的测定选择劈裂强度，並采用直接测量法测定，用微机软件选取劈裂载荷，提高了测量的精度。

6.装置的各个部件的运动与检测过程，数据处理、运算，均在微机控制下自动进行。避免了人为因素对检测结果的影响。

7.利用本装置测定的型砂五种性能与成分之间的关系，可以建立型砂性能控制的数学模型，用于调整混制型砂时的材料加入量，能达到将型砂性能稳定在允许的变动范围内的目的。

图1为型砂性能自动检测装置原理图

图2为压砂头内气路图

图3为位移传感器的水平放置示意图

图4为微机系统框图

本实用新型的实施是方案是：

机体可使用铸件（铸铁或铸铝），机体底部兼作油箱，各控制阀组装成集成块安装在机体的底座上或立柱内，控制电器也安装在立柱内。机体顶部放置供砂组件，供砂组件中的震动筛孔尺寸取4～6毫米。垂直油缸应能产生10×10⁵帕左右的比压压制砂样。测定压砂行程的位移传感器也可采用差动变压器式位移传感器。位移传感器（11）除了垂直放置並使用电磁铁使其水平移动外，还可水平放置，利用斜面与平台（9）相连的斜面块（39）或凸轮将垂直方向的压砂行程值变换为水平方向的位移值来测定之，以省略电磁铁（30）。对透气性测定装置中顶杆（18）的水平移动，也可作类似处理。样筒（7）的内径为50毫米，高150～250毫米，材料为45号钢並经调质处理，内表面镀铬，为保证型砂紧实率的测定范围在35％～50％之间，样筒（7）的装砂高度应能在76～100毫米的范围内可调。

测定砂温用的软底衬薄膜热敏电阻（17）用MZ－51型。测定型砂导电率的电源用直流稳压电源，电压的负载调整率应不大于1％。

透气性测定装置中钟罩（19）的尺寸，可按吸气量为50～250立升间的某一吸气量设计。

测定劈裂强度的力传感器（28）可使用电阻应变式或固态压阻式，测量范围为0～50牛顿。

微机可用Z80－CPU，Z80－P10或其他型号元件组成。从行程开关到P10的A口，以及从P10的B口输出到开关电路之间，均应设置光电隔离器。运算放大器宜选用低漂移器件，电路中应设滤波器，限幅器以及调零器。

Claims (1)

1. 一种湿型砂性能自动检测装置，具有供砂组件，砂样制备及紧实率测定组件，水分及砂温测定组件，透气性测定组件以及微机系统，

   砂样制备及紧实率测定组件包括位于本装置下端的油缸(8)，与油缸(8)内的活塞连接的水平平台(9)，位于水平平台(9)的上方，並与水平平台(9)相连接的压杆(21)，以及与压杆(21)相连並与样筒(7)作动配合的压砂头(10)，

   水分及砂温测定组件包括位于本装置一侧的油缸(13)，与油缸(13)内的活塞相连可作水平移动的压头(12)，

   透气性测定组件包括压砂头(10)及压杆(21)，钟罩(19)及容器(20)，

   本实用新型的特征在于，

   a)在砂样制备及紧实率测定组件的水平平台(9)的上方空间，具有一个测量压砂行程的机构，该机构由传感器(11)，以及一个可操纵传感器(11)作水平移动的电磁铁(30)组成，或由传感器(11)与水平平台(9)相连的斜面块(39)或凸轮组成。

   b)在水分及砂温测定组件的压头(12)的下端面中心位置上，装有作为电极用的铜棒(15)，铜棒外具有与压头(12)绝缘的绝缘套(16)，压头(12)下端面上还装有热敏电阻(17)，

   c)透气性测定组件的压砂头(10)的外圆柱面与样筒(7)的内圆柱面之间其有气隙(36)，压砂头(10)内制有圆柱形气室(22)以

   及连通气隙(36)与气室(22)的气道(38)，气室(22)的圆柱面与压杆(21)上端的外圆柱面作动配合，压杆(21)内具有气道(24)，在压砂头(10)的内部还制有可使气室(22)与气道(24)相通的气路(23)，

   透气性测定组件还包括一个下端面敞开的钟罩(19)，钟罩(19)浸在一个盛有油或水的容器(20)中，压杆(21)内的气道(24)通过软管(26)与钟罩(19)内的空间(25)接通，钟罩(19)的顶端与一根顶杆(18)相连，顶杆(18)装在水平平面(9)的上方空间，並与一个可操纵顶杆(18)作水平移动的电磁铁(31)相连，

   d)具有一个型砂劈裂强度的测定组件，它包括装在本装置一侧的油缸(29)，以及一个与油缸(29)的活塞相连的压板(27)，压板(27)与压头(12)位于样筒(7)上方二侧，油缸(29)的活塞上还装有力传感器(28)。

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