專利名稱：快速測定型砂鑄型透氣性的新方法
技術領域：
本發明屬于現代鑄造測試方法，用于鑄造型(芯)砂濕、干態透氣性及鑄型透氣性的快速測定，亦可作為其他行業檢測物料及制品的透氣性之用。
型砂是近代鑄造生產中的主要造型材料，透氣性(常用K來表示)是型砂(尤其是濕型砂)的主要性能指標之一，鑄型透氣性的好壞將直接影響到鑄件的質量和生產率。目前，被國內外鑄造行業普遍采用的氣鐘式或電動風機式透氣性快速測定儀，以及其他形式的透氣性測定儀，均以恒壓氣源排氣測壓法為基本原理，故儀器結構復雜、體積大、攜帶與操作十分不便。此外，測試所需標準砂樣，要在笨重的錘擊式打樣機上制得，因此，不能滿足鑄造現場隨時隨地快速測定型砂鑄型透氣性的要求。
本發明的目的，在于為鑄造行業提供一種方便實用的檢測透氣性的新方法，以此為基礎，可以設計并制造出結構簡單、操作容易的便攜式智能化型砂(鑄型)透氣性快速測定儀，從而解決透氣性的實時測量與控制問題。
本發明的主要技術內容如下第一，提出用變壓氣源排氣計時法測定透氣性的新方法。
變壓氣源排氣計時法測定透氣性的方法是，讓一個具有一定體積和一定初始壓力的氣壓源通過排氣閥和砂樣(或鑄型)排氣，當氣源壓力降至某一壓力值P1時，開始計時，經△t時間后，氣源壓力將從P1降至P2。在砂樣幾何尺寸、緊實程度、氣源初始壓力及氣源壓力變化范圍(P1-P2)均為固定值的情況下，排氣計時時間△t將僅與砂樣的透氣性K值有關。對于鑄型透氣性的測定來說，因排氣方式不同，可以不考慮鑄型幾何尺寸的影響。因此，只要準確地測得△t值，即可測出透氣性K值(該方法測透氣性基本原理可參見附
圖1)。由于這種新方法不需恒壓氣源，故可使測試裝置結構大為簡化，體積大大縮小，而且便于實現儀器的電腦化。
第二，為實現新方法設計并制造出便攜式智能化型砂(鑄型)透氣性快速測定儀。
該儀器由氣路系統和計算機數據采集與處理系統兩大部分組成。氣路系統主要包括定值儲氣室1、充氣器4、限壓閥3、彈性樣筒座5(內含排氣閥)、砂樣筒6或7、鑄型探頭8等，以完成變壓氣源的一次充氣和排氣過程。計算機數據采集與處理系統主要包括氣體微壓差傳感器2、數據放大器9、模數轉換器10、單片計算機14、程序存貯器13、接口電路15、鍵盤16、數字顯示器17、電源11和12等，以完成對氣源壓力變化的監測、排氣過程的高精度計時、透氣性K值計算及結果顯示等(系統組成框圖參見附圖2)。
第三，為滿足在鑄造現場快速測定型砂透氣性的需要，設計并制造出彈簧自動恒壓式快速取樣器。
常規的錘擊式打樣機不僅重量大、攜帶不便，而且制樣成品率低(尤其在型砂緊實率變化較大時，砂樣高度誤差較難控制)，操作麻煩。因此，制樣速度低。彈簧自動恒壓式快速取樣器具有攜帶方便、操作簡單制樣速度快的特點。該取樣器由主體樣筒6、輔助樣筒27、外套筒28、樣筒底座29和彈簧自動恒壓式壓實器組成(結構簡圖參見附圖4)。其制樣方法如下，首先將主體樣筒和輔助樣筒裝入外套筒中，座于底座之上，然后向筒中填滿松散型砂，用彈簧自動恒壓式壓實器壓砂，直到壓頭頂桿23全部縮回時停止用力。此時，輔助樣筒中的部分型砂被壓入主體樣筒。仿此壓砂三次，可保證主體樣筒中的型砂在一定外力(彈簧壓縮長度一定)作用下而得到一固定的緊實度。取下外套筒，移開輔助樣筒，同時刮平主體樣筒頂面型砂，最后取下樣筒底座，即告制樣結束。由此可見，用彈簧自動恒壓式快速取樣器制樣，不僅勿需稱重，而且可一次成樣。因此可大大提高制樣速度。
本發明與現有技術相比，具有如下主要優點第一，可使透氣性測定儀及取樣器體積小、重量輕、攜帶方便。采用新方法而設計制造的透氣性測定儀和取樣器與目前普遍采用的氣鐘式透氣性測定儀、電動式透氣性測定儀和三錘制樣機的外形尺寸、重量對比見表1。
第二，可提高測試速度和儀器的智能化程度。常規透氣性測定儀制樣及測試操作較繁，測試結果不易讀，測試速度低。而本發明用快速取樣器一次成樣，采用計算機進行數據采集與處理，透氣性值直接由數字顯示，從而提高了測試速度和儀器的智能化。
第三，可提高測試分辨力和測試精度。常規的恒壓氣源排氣測壓法，是將0～100mm水柱的壓差分為100份，分辨力為1/100，而本發明所采用的最大計數值與最小計數值之間為5000，故分辨力為1/5000。此外，本發明利用兩個壓力值P1和P2作為計時起始和終止信號，測試系統由于溫漂等因素而造成的測壓誤差對計時的準確性幾乎沒有影響(因P1和P2同時同向變化)，因而使儀器具有更高的測試精度。采用氣鐘式、電動式和新型透氣性測定儀，對同一型砂和鑄型進行濕態透氣性測定的數據對照表見表2。可以看出，新儀器具有較好的再現性。
第四，可使儀器制造工藝簡單，便于組織生產。常規透氣性測定儀及制樣機結構復雜，非標零部件不易加工，生產成本高。而依本發明所設計的透氣性測定儀，加工部件甚少，電子電路采用模塊化設計制造簡單，調試方便，成本低，有利于組織生產。
附圖1本發明測定型砂(鑄型)透氣性原理圖(a)氣源壓力隨時間變化曲線(b)透氣性值K與排氣計時時間關系曲線P氣源壓力，t排氣時間，Ps氣源初始排氣壓力，Po被設定的氣源最低初始排氣壓力，P1計時開始時氣源的壓力，P2計時終止時氣源的壓力，K透氣性值，△t排氣計時時間。
附圖2本發明所用便攜式智能化型砂鑄型透氣性測定儀組成方框圖附圖3本發明所用便攜式智能化型砂鑄型透氣性測定儀電原理圖附圖4本發明所用彈簧自動恒壓式快速取樣器結構原理圖1定值貯氣室、2氣體微壓差傳感器、3限壓閥、4充氣器、5彈性樣筒座(內含排氣閥)、6濕樣筒(主體樣筒)及濕砂樣、7干樣筒及干砂樣、8鑄型探頭、9數據放大器、10模數轉換器、11橋路電源(V2)、12系統電源(V1)、13程序存貯器、14單片計算機、15接口電路、16鍵盤、17數字顯示器、18標準壓力表、19壓實器端蓋、20壓實力調節栓、21壓實器外套筒、22彈簧、23壓頭頂桿、24密封環、25密封蓋、26壓實器壓頭、27輔助樣筒、28外套筒、29樣筒底座。
本發明最佳實施例一、用變壓氣源排氣計時法測定型砂(鑄型)透氣性讓一個具有一定體積V和一定初始壓力Ps的氣壓源通過排氣閥和砂樣(或鑄型)排氣，當氣源壓力由Ps降至P1時開始計時，降至P2時停止計時，得計時排氣時間△t，此△t值即表征砂樣(或鑄型)透氣性值K。Ps值靠限壓閥穩定在一定的壓力范圍內。僅當Ps≥Po時，計時系統方能工作。如果氣源壓力Ps超過限壓值(P0+△P)，則限壓閥開始快速排氣，直至使Ps-Po＜Po對于限壓調節后的超壓值(Ps-Po)，可以靠計算機軟件得到進一步修正，從而保證每一次排氣的初始壓力基本固定。
二、便攜式智能化型砂(鑄型)透氣性測定儀新型透氣性測定儀包括氣路系統和計算機數據采集與處理系統兩大部分。
用鍍鋅鐵皮(其他金屬板亦可)制成密閉貯氣室1，其一端蓋上開設一大孔，用以鑲嵌氣體微壓差傳感器2，另一端蓋上開設四個小孔，其中兩孔通過軟膠管分別與充氣器4和彈性樣筒座5相連，充氣器4以醫用血壓計膠球代之。另兩孔分別接限壓閥3和標準壓力表18，標準壓力表僅作標定之用，待完成標定后，將接標準壓力表的小孔封閉。測試時，捏動一次膠球即可使氣源壓力Ps＞Po，在氣源經排氣閥和砂樣排氣的過程中，其壓力的變化由微壓差傳感器2變成電壓的變化，并送至計算機數據采集與處理系統(參見附圖2)。
新型透氣性測定儀的計算機數據采集與處理系統的組成如附圖2、附圖3所示。氣體微壓差傳感器2由鈹青銅彈性膜片和硅力敏電橋構成，橋臂電阻和橋路用電位器分別為R1～R4和RW1。數據放大器9由一片單電源四運放集成芯片LM324;電阻R11～R18和電容C5構成。模數轉換器10由ADC0804芯片和R12，C9構成。單片計算機14為MCS-51系列的8031，時鐘接成內部振蕩方式，外接元件為6MHZ晶振和C6，C7。程序存貯器13為4K字節的2732芯片，內寫程序和數學模型(△t-K曲線)，通過地址鎖存器74LS373與8031相連。接口電路15由一片8155擴展器和C10，R22構成。顯示器17由四只八段共陰數碼管、兩片反相驅動器74LS06和R29～R36構成。鍵盤16由按鍵開關K1～K7，R19，R20，R23～R28，C8構成，七只按鍵分別為“O”(調零)鍵，“B”(標定)鍵，“X”(鍵型)鍵，“K1”(K＝0～100)鍵，“K2”(K＝101～700)鍵，“K3”(K＝701～2450)鍵和“＊”(復位)鍵。電源12(11)由9V層迭電池，三端穩壓片7805(7806)，濾波電容C1、C2(C3、C4)及欠壓指示電路R5、R6、R7、D1、T1、T2RW2(R8、R9、R10、D2、T3、T4、RW3)組成。當電池電壓降到某一數值(可通過電位器RW2、RW3調節)時，D1(D2)即會發光，提示使用者更換電池。如果使用現場有交流電源，亦可通過插口J1(J2)接入12V直流穩壓電源(另購)。系統工作過程如下，由氣體微壓差傳感器2將貯器室1中氣源壓力的變化轉換為電壓信號的變化，該電壓信號進入數據放大器9被放大后，直接送模數轉換器10進行A/D變換，變換后的數字量送到單片機14中進行各種識別，發現氣源壓力降至P1自動開始計時，降至P2時終止計時，根據所得計時值△t和預存于程序存貯器13中的數學模型(△t-K曲線)，計算機會查找和計算出透氣性K值，并通過顯示器17顯示出來。
三、彈簧自動恒壓式快速取樣器輔助樣筒27及主體樣筒6為不銹鋼管加工而成，外套筒28為一塑料管，樣筒底座29為鋁合金加工而成，彈簧自動恒壓式壓實器由壓頭26、壓頭頂桿23、壓實器外套筒21、彈簧22、壓實力調節栓20、壓實器端蓋19、密封環24及密封蓋25組成。密封環材料為泡沫塑料(海綿)，其作用是防止砂粒及塵土進入壓實器而增加頂桿與套筒之間的摩擦阻力(結構參見附圖4)四、本發明的標定方法本發明的標定方法是，配制不同成分的型砂，分別制取干樣、濕樣和鑄型。首先在氣鐘式透氣性測定儀上用標準法測其透氣性K值，然后取同種型砂，用彈簧自動恒壓式快速取樣器制樣或用鑄型探頭直接測定，選擇儀器的“標定”(B鍵)功能，測定排氣時間△t。由多組△t、K值數據作出K-△t關系曲線。為提高儀器的測試精度和測試速度，將型砂透氣性值分成三級，即K1＝0～100，K2＝101～700，K3＝701～2450，分別采取不同的計時方法和計時單位。最終可獲得四條△t-K曲線(砂樣三條，鑄型一條)，將它們存入程序存貯器中，即為本發明所用數學模型。
五、本發明測試例-濕態粘土砂透氣性的快速測定(1)儀器零點自檢打開電源開關，儀器顯示監控提示符-“P”，按下“0”(調零)鍵，儀器顯示數字應在“0-00”和“0-01”之間變化，否則應調節橋路電位器RW1，調好后按“＊”鍵復位。
(2)空排氣自檢在監控狀態下(提示符為“P”)，按下“B”(標定)鍵，儀器顯示“0000”，捏動充氣膠球一次，充氣到壓后(Ps≥Po)，顯示“Good”字符，隨排氣進行，顯示器將動態顯示時間計數值，排氣結束后，計數值應為“500”(±5)，否則應調節彈性樣筒座排氣閥的通氣量。
(3)制取試樣將主體樣筒，輔助樣筒裝入外套筒中，并坐于樣筒底座之上。向樣筒中填滿型砂，用彈簧自動恒壓式壓實器緩緩壓砂，直至壓實器頂桿全部縮回時停止用力，仿此壓砂三次，取下外套筒，移開輔助樣筒，刮平主體樣筒頂面型砂，取下樣筒底座。
(4)透氣性測定將裝好砂樣的主體樣筒旋緊在彈性樣筒座上，在監控狀態下(提示符為“P”)，按下“K2”(K＝107～700)鍵，顯示器顯示“2-00”，捏動充氣膠球一次，充氣到壓后，顯示器顯示“Good”。此后，隨排氣進行，顯示器動態顯示排氣時間計數值，待排氣過程結束后，顯示透氣性K值。假如排氣時間過短，說明透氣性K值大于700，則儀器顯示“3-00”，提示操作者重新按“K3”鍵進行測定。反之，則儀器顯示“1-00”，提示操作者重新按“K1”鍵進行測定。
權利要求
1.一種快速測定型砂鑄型透氣性的新方法，其特征在于該方法是讓一個具有一定體積和一定初始壓力的氣壓源通過排氣閥和砂樣或鑄型排氣，當氣源壓力降至某一壓力值P1時，開始計時，經△t時間后，氣源壓力從P1降至P2在砂樣幾何尺寸、緊實程度、氣源初始壓力及氣源壓力變化范圍(P1-P2)均為固定值的情況下，排氣計時時間△t僅與砂樣的透氣性K值有關，準確地測得△t值，即可測出透氣性K值。
2.權利要求1所述快速測定型砂鑄型透氣性的新方法，使用的儀器為便攜式智能化型砂鑄型透氣性快速測定儀，該測定儀是由氣路系統和計算機數據采集與處理系統組成，其特征在于氣路系統包括定值儲氣室1、充氣器4、限壓閥3、彈性樣筒座5、砂樣筒6或7、鑄型探頭8，以完成變壓氣源的一次充氣和排氣過程;計算機數據采集與處理系統包括氣體微壓差傳感器2、數據放大器9、模數轉換器10、單片計算機14、程序存貯器13、接口電路15、鍵盤16、數據顯示器17、電源供給電路，以完成對氣源壓力變化的監測、排氣過程的高精度計時和透氣性K值計算及結果顯示。
3.實現權利要求1所述快速測定型砂鑄型透氣性新方法，使用的取樣器為彈簧自動恒壓式快速取樣器，該取樣器由主體樣筒6、輔助樣筒27、外套筒28、樣筒底座29和彈簧自動恒壓式壓實器組成。
4.根據權利要求3所述取樣器的使用方法是，先將主體樣筒6和輔助樣筒27裝入外套筒28中，座于樣筒底座29之上，然后向筒中填滿松散型砂，用彈簧自動恒壓式壓實器壓砂，直到壓頭頂桿23全部縮回時停止用力，此時，輔助樣筒中的部分型砂被壓入主體樣筒，仿此壓砂三次，可保證主體樣筒中的型砂在一定外力作用下而得到一固定的緊實度;取下外套筒，移開輔助樣筒，同時刮平主體樣筒頂面型砂，最后取下樣筒底座，即制樣結束。
全文摘要
一種快速測定型砂鑄型透氣性的新方法，該方法是讓一個具有一定體積和一定初始壓力的氣壓源通過排氣閥和砂樣或鑄型排氣，當氣源壓力降至某一壓力值P
文檔編號G01N7/10GK1049055SQ9010659
公開日1991年2月6日 申請日期1990年7月31日 優先權日1990年7月31日
發明者李大勇 申請人:李大勇
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
