專利名稱：型砂退讓性測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種評價鑄造型砂在鑄件凝固過程中退讓性能優(yōu)劣的測試裝置，屬于機(jī)械制造及材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
砂型鑄造是目前應(yīng)用最為廣泛的鋳造方法之一，鑄造型砂由原砂、型砂粘結(jié)劑和其它輔料以一定的配比混合而成。該方法廣泛地應(yīng)用于鑄鋼、鑄鐵、有色合金件的毛坯件成型。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，大量的鑄件因出現(xiàn)裂紋而報廢，尤其對于大型薄壁鑄件，因裂紋而導(dǎo)致的廢品率遠(yuǎn)高于其它鑄造缺陷。這類裂紋通常出現(xiàn)在金屬尚未完全凝固的時期，所以又被稱為“熱裂”。熱裂缺陷不僅與鋳造合金性能有關(guān)，而且與型砂的顆粒度、粘結(jié)劑種類及配比、輔料種類及添加量等諸多因素有夫。鋳造行業(yè)通常把鑄件在凝固、冷卻過程中產(chǎn)生收縮時，砂型或砂芯是否能相應(yīng)的變形、退讓而不阻礙鑄件收縮的性能稱為“型砂退讓性”。具有較高退讓性的型砂能顯著降低鑄件熱裂缺陷的產(chǎn)生幾率，但同時也會使得砂型或砂芯過早失去強(qiáng)度而變形、脫落甚至倒塌，使得鑄件難以獲得完整的外形。而退讓性較差的砂型能獲得具有良好外形和表面質(zhì)量的鑄件，但砂型在高溫金屬液烘烤下仍具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，不能隨著鑄件凝固收縮而產(chǎn)生相應(yīng)的變形和退讓，阻礙了鑄件的自由收縮，從而使鑄件內(nèi)產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力甚至開裂。因此在鑄造型砂選擇時，必須針對鑄件的合金種類、鑄件的結(jié)構(gòu)特征選擇具有合適退讓性的型砂。從金屬液進(jìn)入型腔開始，型砂中的粘結(jié)劑、添加物和砂粒本身在高溫金屬液的烘烤下會發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，在實(shí)際生產(chǎn)中，對于相同批次的原砂，粘結(jié)劑和輔料的類型及其加入量對型砂退讓性影響顯著。同時在生產(chǎn)中有相當(dāng)比例的舊砂需要進(jìn)行循環(huán)使用，這就使得型砂中各類粘結(jié)劑及輔料的含量無法準(zhǔn)確把握，因此在生產(chǎn)前對每批型砂的退讓性指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場快速測定，并及時的調(diào)整型砂的配比，對防止鑄件熱裂的產(chǎn)生具有積極的意義。目前國內(nèi)并沒有統(tǒng)ー的型砂退讓性測試方法和標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)中大多憑經(jīng)驗(yàn)來判斷其自退讓性的優(yōu)劣，有時需要通過多次反復(fù)的試生產(chǎn)來摸索出型砂的最佳配比，這樣不僅浪費(fèi)大量的人力和物力，而且對于某些大型復(fù)雜鑄件采用反復(fù)試驗(yàn)的方法幾乎是不可能的。因此開發(fā)一種退讓性的測試設(shè)備對提高鑄件產(chǎn)品質(zhì)量、降低廢品率具有非常大的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)砂型鋳造中生產(chǎn)前無法對每批型砂的退讓性指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場快速測定，無法及時調(diào)整型砂配比的問題，本發(fā)明提供了一種可以測量型砂在鑄件凝固收縮過程中對鑄件產(chǎn)生的阻力變化的裝置，以此來評價各種型砂在不同鋳造エ藝條件下的退讓性能。為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是型砂退讓性測試裝置，包括砂箱澆注系統(tǒng)、收縮應(yīng)カ測試機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，所述砂箱澆注系統(tǒng)包括砂箱，在砂箱內(nèi)設(shè)置有試樣筒固定座，能夠裝有待測型砂試樣的試樣筒放置于試樣筒固定座內(nèi)，在試樣筒的一側(cè)設(shè)置有契形砂芯，契形砂芯通過外側(cè)的契形壓緊塊壓緊固定，在試樣筒的另ー側(cè)填充粘土砂，所述契形砂芯、待測型砂試樣、粘土砂型組成“T”形試棒型腔，潰散澆ロ砂芯位于砂箱上半部分，且潰散澆ロ砂芯中部開設(shè)的垂直澆道與“T”形試棒型腔連通；所述收縮應(yīng)カ測試機(jī)構(gòu)包括拉桿，拉桿通過夾頭和連接桿固定于移動傳カ框上，壓カ傳感器位于移動傳カ框中部，移動傳カ框另ー側(cè)安裝有調(diào)壓螺桿和手輪；所述數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)包括用于采集“T”形試棒型腔內(nèi)鑄件應(yīng)カ變化的動態(tài)應(yīng)變儀，所述壓カ傳感器與動態(tài)應(yīng)變儀輸入端連接，所述動態(tài)應(yīng)變儀輸出端依次連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器和計算機(jī)。前述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于試樣筒頂部設(shè)有開ロ，底部設(shè)有通孔，待測型砂試樣中心設(shè)有一圓柱形空腔。前述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于試樣筒外壁有兩條凸起圓環(huán)，所述試樣筒固定座中部開設(shè)有階梯形“U”形槽，所述試樣筒固定于試樣筒固定座的階梯形“U”形槽。前述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于契形砂芯垂直面中部有一圓形沉孔，圓形沉孔直徑小于試樣筒內(nèi)徑，且圓形沉孔與試樣筒軸線重合。前述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于所述砂箱通過定位銷固定于底座上，在砂箱的外側(cè)，底座上方設(shè)置有支撐架，在支撐架上開設(shè)有與“T”形試棒型腔軸線重合的“U”型槽。前述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于在契形砂芯和契形壓緊塊與底座之間設(shè)置有起調(diào)整高度作用的墊塊。前述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于拉桿一端有缺ロ，伸入“T”形試棒型腔內(nèi)部，夾頭通過緊固螺釘將拉桿固定在夾頭上，夾頭通過連接桿與移動傳カ框連接。前述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于在移動傳カ框與支架之間安裝有滾動軸承。前述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于壓カ傳感器位于移動傳カ框中部，水平固定于傳感器支架上，傳感器支架通過固定螺釘與支架連接。前述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于調(diào)壓螺桿與移動傳カ框采用螺紋連接，調(diào)壓螺桿一端頂在壓力傳感器承載面中心，另一端與手輪連接。前述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于“T”形試棒型腔、拉桿軸線、連接桿、壓カ傳感器、調(diào)壓螺桿均保持在同一軸線上。本發(fā)明的有益效果是
(I)、本發(fā)明的型砂退讓性測試裝置能夠獲取待測型砂鑄件凝固過程中高溫強(qiáng)度變化情況，通過高溫強(qiáng)度數(shù)值及其變化趨勢來評價該型砂的退讓性優(yōu)劣，能較好的反映該種類型砂在實(shí)際生產(chǎn)中對鑄件凝固收縮的阻礙能力。(2)、毎次測試的型砂退讓性數(shù)據(jù)可以保存在計算機(jī)中，能方便的進(jìn)行不同型砂退讓性數(shù)據(jù)對比分析。(3)、本發(fā)明采用高精度壓カ傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有測試精度高、實(shí)時性好的優(yōu)點(diǎn)。(4)、本發(fā)明的型砂退讓性測試設(shè)備適合于澆注各種鑄鋼、鑄鐵及有色金屬，能廣泛的適用于大多數(shù)鑄件生產(chǎn)用砂選型。


附圖I是型砂退讓性測試裝置主視圖。附圖2是型砂退讓性測試裝置“A-A”截面視圖。附圖3是型砂退讓性測試裝置“B-B”截面視圖。附圖4是型砂退讓性測試裝置“C-C”截面視圖。附圖5是型砂退讓性測試裝置的砂箱外形圖。附圖6是型砂退讓性測試裝置的試樣筒及待測型砂試樣外形圖。 附圖7是型砂退讓性測試裝置的試樣筒固定座外形圖。附圖8是型砂退讓性測試裝置的砂箱澆注系統(tǒng)外形及安裝圖。附圖9是型砂退讓性測試裝置的潰散澆ロ砂芯外形圖。附圖10是型砂退讓性測試裝置的造型芯棒外形圖。附圖11是型砂退讓性測試裝置的收縮應(yīng)カ測試機(jī)構(gòu)外形及安裝圖。附圖12是型砂退讓性測試裝置的數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)連接方式圖。附圖中各標(biāo)號的意義為
I、支撐架；2、砂箱；3、契形壓緊塊；4、契形砂芯；5、試樣筒；6、待測型砂試樣；7、試樣筒固定座；8、粘土砂；9、潰散澆ロ砂芯；10、“T”形試棒型腔；11、拉桿；12、夾頭緊固螺釘；13、夾頭；14、連接桿；15、移動傳力框；16、傳感器支架；17、壓カ傳感器；18、調(diào)壓螺桿；19、手輪；20、支架；21、固定螺釘；22、滾動軸承；23、定位銷；24、底座；25、墊塊；26、造型芯棒。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)ー步的描述。圖I、圖2為型砂退讓性測試裝置的整體裝配視圖，圖8表示了砂箱澆注系統(tǒng)的外形及安裝關(guān)系。砂箱2為上下開ロ長方體容器(圖5)，兩側(cè)均有“U”形槽，采用鑄鐵制成，長寬高為800 X 150 X 170mm，砂箱底部兩端可插入定位銷23中與底座24連接，使得砂箱不能水平移動。試樣筒5為ー底部開孔的開ロ圓筒(圖6),待測型砂試樣6位于試樣筒5內(nèi)，中心有一圓柱形空腔，采用標(biāo)準(zhǔn)錘擊式制樣機(jī)直接在試樣筒內(nèi)成型，以保證所有型砂試樣具有相同的緊實(shí)率。試樣筒內(nèi)徑60 80_，其外壁有兩個環(huán)形凸緣。試樣筒固定座7中部開設(shè)有階梯形“U”形槽(圖7)，其兩側(cè)分別有4個螺紋孔，可用螺釘與砂箱牢固連接(圖I、圖
2、圖8)，試樣筒及試樣筒固定座均由中碳鋼制成。試樣筒5放置于試樣筒固定座7的“U”形槽底部(圖I、圖3、圖8)，試樣筒外壁環(huán)形凸緣緊靠試樣筒固定座的階梯形“U”形槽(圖I、圖2)。契型砂芯4放置在墊塊25上方(圖8)，由樹脂砂或耐火泥制成，其有沉孔面緊貼試樣筒放置(圖I、圖2、圖8)，契型壓緊塊3插于契型砂芯契面?zhèn)炔壕o(圖I、圖2、圖8)，使得契型砂芯與試樣筒緊密接觸，共同形成“T”形試棒型腔10的“T”形頭部(圖I、圖2)。砂箱后部填充粘土砂8，并在砂箱中成型“T”形試棒型腔10的尾部(圖I、圖2)。潰散澆ロ砂芯9中部開設(shè)有垂直澆道(圖9)，位于砂箱上部(圖I、圖4、圖8)，其中心距離試樣筒固定座300 350mm。潰散澆ロ砂芯9具有在高溫下快速潰散的特點(diǎn)，對“T”形試棒的凝固收縮影響較小，潰散澆ロ砂芯配方為(重量百分比)水玻璃4% (模數(shù)為2. 4 2. 6)，有機(jī)脂O. 2%，木屑1%，發(fā)泡聚苯こ烯顆粒1% (直徑2 3mm)。砂箱造型時需要借助造型芯棒來成型“T”形試棒型腔，造型芯棒26為一圓柱形鋼棒(圖11),直徑25 30mm,長度1000 1100mm,兩端部均有盲孔，盲孔內(nèi)徑與拉桿11外徑相同。支撐架I通過固定螺釘21與底座24連接，在砂箱造型時對造型芯棒26起輔助支撐和定位作用。圖11表示了收縮應(yīng)カ測試機(jī)構(gòu)的外形及安裝關(guān)系。拉桿11從砂箱尾部“U”形槽插入砂箱(圖I、圖2)，采用不銹鋼制造，拉桿一端有ー缺ロ(圖11)，可使凝固后的“T”形試棒與拉桿牢固結(jié)合，拉桿另一端固定于夾頭13上，并采用夾頭緊固螺釘12夾緊，夾頭13通過連接桿14連接在移動傳カ框15上(圖I、圖2、圖11)。移動傳カ框15為鑄鐵制造的方形 框，其底部通過滾動軸承22與支架20連接，使得移動傳カ框15可以在支架20上水平移動(圖I、圖2、圖11)。壓カ傳感器17固定在傳感器支架16上，傳感器支架16安裝在移動傳カ框15中部并通過固定螺釘21與底座24連接(圖I、圖2、圖11)。調(diào)壓螺桿18穿過移動傳カ框15側(cè)壁并與移動傳カ框螺紋連接，調(diào)壓螺桿18另一端與手輪19剛性連接，轉(zhuǎn)動手輪19可使得調(diào)壓螺桿18進(jìn)入或退出移動傳カ框15 (圖I、圖2、圖11)。前述的試樣筒5、拉桿11、連接桿14、壓カ傳感器17和調(diào)壓螺桿18中心均要求與“T”形試棒型腔軸線重合(圖I、圖2)。圖12表示了數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的連接方式，壓カ傳感器與動態(tài)應(yīng)變儀連接，動態(tài)應(yīng)變儀與模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與計算機(jī)連接。本發(fā)明型砂退讓性測試裝置的測試過程，包括以下步驟
1)、將砂箱2通過定位銷23固定于底座24上，調(diào)節(jié)手輪19，使調(diào)壓螺桿18端部離開壓力傳感器17的承載面，將拉桿11有缺ロ端插入砂箱2尾部，另一端固定于夾頭13上；
2)、將空試樣筒5(未裝入待測型砂試樣)放置于試樣筒固定座7內(nèi)，將造型芯棒26通過試樣筒5底部通孔水平插入砂箱2中，并使拉桿11缺ロ端插入造型芯棒26底孔中,造型芯棒26未插入砂箱2的部分放置在支撐架I的“U”型槽內(nèi)；
3)、在試樣筒固定座7外側(cè)填充粘土砂8，放置潰散澆ロ砂芯9，緊實(shí)砂型，平穩(wěn)地抽出造型芯棒26，取出空試樣筒5 ;
4)、采用標(biāo)準(zhǔn)錘擊式制樣機(jī)在試樣筒5中制備待測型砂試樣6，并將裝有待測型砂試樣6的試樣筒5放入試樣筒固定座7的“U”形槽底部；
5)、在砂箱2中依次放置墊塊25和契形砂芯4，用契形壓緊塊3壓緊契形砂芯4；
6)、傳感器、動態(tài)應(yīng)變儀、摸/數(shù)轉(zhuǎn)換器初始化，測試軟件參數(shù)初始化，調(diào)節(jié)手輪19，使得調(diào)壓螺桿18對壓カ傳感器17的初始壓カ進(jìn)入設(shè)定范圍；
7)、將保溫到設(shè)定溫度的金屬液由潰散澆ロ砂芯9澆入“T”形試棒型腔10，同時計算機(jī)開始數(shù)據(jù)采集，到達(dá)設(shè)定時間后，計算機(jī)停止數(shù)據(jù)采集，保存測試數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；
8)、調(diào)節(jié)手輪19，壓カ傳感器17卸載，清理砂箱2，取出“T”形試棒鑄件，清理試樣筒5，測試結(jié)束。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.型砂退讓性測試裝置，包括砂箱澆注系統(tǒng)、收縮應(yīng)力測試機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，所述砂箱澆注系統(tǒng)包括砂箱(2)，在砂箱(2)內(nèi)設(shè)置有試樣筒固定座(7)，能夠裝有待測型砂試樣(6)的試樣筒(5)放置于試樣筒固定座(7)內(nèi)，在試樣筒(5)的一側(cè)設(shè)置有契形砂芯(4)，契形砂芯(4)通過外側(cè)的契形壓緊塊(3)壓緊固定，在試樣筒(5)的另一側(cè)填充粘土砂(8)，所述契形砂芯(4)、待測型砂試樣(6)、粘土砂型⑶組成“T”形試棒型腔(10)，潰散澆口砂芯(9)位于砂箱(2)上半部分，且潰散澆口砂芯(9)中部開設(shè)的垂直澆道與“T”形試棒型腔(10)連通；所述收縮應(yīng)力測試機(jī)構(gòu)包括拉桿(11)，拉桿(11)通過夾頭(13)和連接桿(14)固定于移動傳力框(15)上,壓力傳感器(17)位于移動傳力框(15)中部，移動傳力框(15)另一側(cè)安裝有調(diào)壓螺桿(18)和手輪(19);所述數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)包括用于采集“T”形試棒型腔內(nèi)鑄件應(yīng)力變化的動態(tài)應(yīng)變儀，所述壓力傳感器(17)與動態(tài)應(yīng)變儀輸入端連接，所述動態(tài)應(yīng)變儀輸出端依次連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器和計算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于試樣筒(5)頂部設(shè)有開口，底部設(shè)有通孔，待測型砂試樣￠)中心設(shè)有一圓柱形空腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于試樣筒(5)外壁有兩條凸起圓環(huán)，所述試樣筒固定座(7)中部開設(shè)有階梯形“U”形槽，所述試樣筒(5)固定于試樣筒固定座(7)的階梯形“U”形槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于契形砂芯(4)垂直面中部有一圓形沉孔，圓形沉孔直徑小于試樣筒(5)內(nèi)徑，且圓形沉孔與試樣筒(5)軸線重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于所述砂箱(2)通過定位銷(23)固定于底座(24)上，在砂箱(2)的外側(cè)，底座(24)上方設(shè)置有支撐架(1)，在支撐架(I)上開設(shè)有與“T”形試棒型腔(10)軸線重合的“U”型槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于在契形砂芯(4)和契形壓緊塊(3)與底座(24)之間設(shè)置有起調(diào)整高度作用的墊塊(25)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于拉桿(11)一端有缺口，伸入“T”形試棒型腔(10)內(nèi)部，夾頭(13)通過緊固螺釘(12)將拉桿(11)固定在夾頭(13)上，夾頭(13)通過連接桿(14)與移動傳力框(15)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于在移動傳力框(15)與支架(20)之間安裝有滾動軸承(22)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于壓力傳感器(17)位于移動傳力框(15)中部，水平固定于傳感器支架(16)上，傳感器支架(16)通過固定螺釘(21)與支架(20)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于調(diào)壓螺桿(18)與移動傳力框(15)采用螺紋連接，調(diào)壓螺桿(18) —端頂在壓力傳感器(17)承載面中心，另一端與手輪(19)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的型砂退讓性測試裝置，其特征在于“T”形試棒型腔(10)、拉桿軸線(11)、連接桿(14)、壓力傳感器(17)、調(diào)壓螺桿(18)均保持在同一軸線上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種型砂退讓性測試裝置，屬于機(jī)械制造及材料技術(shù)領(lǐng)域。包括砂箱澆注系統(tǒng)、收縮應(yīng)力測試機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)，所述砂箱澆注系統(tǒng)包括方形砂箱，裝有待測型砂的試樣筒放置于試樣筒固定座內(nèi)，并由契形砂芯和契形壓緊塊壓緊固定，砂箱另一側(cè)填充粘土砂，并設(shè)置一潰散澆口砂芯；所述收縮應(yīng)力測試機(jī)構(gòu)包括拉桿，拉桿通過夾頭和連接桿固定于移動傳力框上，壓力傳感器位于移動傳力框中部，移動傳力框另一側(cè)安裝有調(diào)壓螺桿和手輪；所述數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)包括動態(tài)應(yīng)變儀，后依次連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器和計算機(jī)。本發(fā)明可以精確測量待測型砂在試棒凝固過程中的阻力變化特征，從而對型砂退讓性進(jìn)行評價，具有測試精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N33/38GK102672115SQ20121017382
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者侯俊, 王沛芳, 錢進(jìn), 饒磊 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)