一種測(cè)定壓鑄件內(nèi)部含氣量的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于壓鑄技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種測(cè)定壓鑄件內(nèi)部含氣量的裝置和 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力鑄造成形是將熔融的合金液體澆入壓鑄機(jī)的壓室內(nèi)，然后由沖頭將金屬液高 速壓入金屬模具型腔中，從而鑄造出具有一定形狀和尺寸的零件。由于在壓鑄過(guò)程中，金屬 液是以高速高壓狀態(tài)充填模具型腔的，模具型腔中的大量氣體來(lái)不及排出而被紊流的金屬 液卷入其中而成為氣孔缺陷。此外金屬液中還有溶解有氫，氫因金屬液的溫度降低，在金屬 液中的溶解度下降而析出，若析出的氫來(lái)不及排出而殘留在鑄件內(nèi)部也會(huì)形成氣孔。因此 氣孔是壓鑄件最常見(jiàn)的缺陷，氣孔的存在不僅減少了壓鑄件的有效承載面積，而且會(huì)造成 局部應(yīng)力集中，成為壓鑄零件斷裂的裂紋源。一些形狀不規(guī)則的氣孔，還會(huì)增加缺口的敏感 性，使金屬的強(qiáng)度下降和抗疲勞能力降低。
[0003] 檢測(cè)壓鑄件內(nèi)部氣孔缺陷的常用方法有超聲波、X光無(wú)損探傷、密度法等。雖然可 通過(guò)氣孔的大小判定來(lái)間接評(píng)估鑄件內(nèi)部含氣量的多少，但無(wú)法精確確定鑄件內(nèi)部的氣體 含量。專利"鋁合金壓鑄件氣體含量真空法測(cè)定裝置和方法"（【申請(qǐng)?zhí)枴?6105181)發(fā)明了一 種根據(jù)理想氣體方程計(jì)算鑄件內(nèi)氣體含量的裝置。但由于測(cè)定區(qū)域的溫度、以及氣體密度 的波動(dòng)等參數(shù)影響，該方法的定量檢測(cè)誤差較大。專利2013100809149發(fā)明了根據(jù)鋁鑄件 熔化前后真空室的壓力差以及對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力曲線來(lái)計(jì)算鑄件內(nèi)部含氣量的方法及裝置， 這是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的定量檢測(cè)方法和裝置。但是該裝置沒(méi)有考慮每次測(cè)量時(shí)鑄件熔化溫度 是不同的，因而其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線也是不同的。若無(wú)法對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)的實(shí)際溫度狀態(tài)（如實(shí)際 溫度為660°C )，而采用固定溫度（如650或700°C的）標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)計(jì)算，則會(huì)帶來(lái)比較大的 測(cè)量誤差。此外，真空系統(tǒng)總是存在泄漏的，尤其是高真空系統(tǒng)。專利2013100809149在測(cè) 量過(guò)程中沒(méi)有考慮系統(tǒng)泄漏的影響，也就是說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定過(guò)程若與鑄件熔化過(guò)程不在 同一密封過(guò)程中，由于兩個(gè)過(guò)程的系統(tǒng)泄漏量不同，從而導(dǎo)致測(cè)量也會(huì)產(chǎn)生較大的誤差?？?而言之，目前在定量測(cè)定壓鑄件內(nèi)部含氣量的方法及裝置研制方面存在很大的不足，測(cè)量 精度及裝置可靠性均較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種測(cè)定壓鑄件內(nèi)部含氣量 的裝置和方法，解決了測(cè)量過(guò)程中因溫度和泄漏不一致帶來(lái)的測(cè)量誤差問(wèn)題，具有較高的 測(cè)量精度和可靠性，能夠準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)鑄件中的氣孔缺陷和內(nèi)部質(zhì)量。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種測(cè)定壓鑄件內(nèi)部含氣量的 裝置，其特征在于，包括加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和定量供氣系統(tǒng)，其中，
[0006] 所述加熱系統(tǒng)包括加熱爐和坩堝，所述坩堝位于所述加熱爐內(nèi)；
[0007] 所述真空系統(tǒng)包括真空機(jī)組、真空室和第一真空計(jì)，所述真空機(jī)組包括第一截止 閥、第二截止閥、油擴(kuò)散栗、第三截止閥、第四截止閥和機(jī)械栗，所述真空室的下端伸入所述 加熱爐內(nèi)并且在真空室內(nèi)放置所述坩堝；所述真空室通過(guò)真空室連接管連接所述第一截止 閥，所述第一截止閥分別連接所述第二截止閥和第四截止閥，所述第四截止閥的遠(yuǎn)離第一 截止閥的一端與所述機(jī)械栗連接，所述第二截止閥遠(yuǎn)離第一截止閥的一端依次連接所述油 擴(kuò)散栗、第三截止閥和機(jī)械栗，所述真空室連接管遠(yuǎn)離第一截止閥的一端伸入所述真空室 內(nèi)，所述真空室連接管上設(shè)置所述第一真空計(jì)，以用于測(cè)量真空室內(nèi)的真空度；
[0008] 所述真空室上安裝有測(cè)溫?zé)犭娕?，以用于測(cè)量所述真空室內(nèi)的溫度；
[0009] 所述第一真空計(jì)與所述第一截止閥之間設(shè)置有第五截止閥，所述第五截止閥上連 接有第一空氣連通管，所述第一空氣連通管的內(nèi)腔與外部大氣連通；
[0010] 所述第一截止閥與所述第二截止閥之間設(shè)置有第六截止閥，所述第六截止閥上連 接有第二空氣連通管，所述第二空氣連通管的內(nèi)腔外部大氣連通；
[0011] 所述定量供氣系統(tǒng)包括第七截止閥、第一定量管、第八截止閥、第九截止閥、第二 定量管、第十截止閥，所述第七截止閥和第九截止閥分別連接在所述真空室連接管上，所述 第七截止閥依次連接所述第一定量管和第八截止閥，所述第九截止閥依次連接所述第二定 量管和第十截止閥，所述第八截止閥遠(yuǎn)離第一定量管的一端和所述第十截止閥遠(yuǎn)離第二定 量管的一端通過(guò)連接管道連接在一起，并且連接管道上設(shè)置有第三空氣連通管，所述第三 空氣連通管的內(nèi)腔與外部大氣連通。
[0012] 優(yōu)選地，所述第一截止閥與所述第二截止閥之間設(shè)置有第二真空計(jì)。
[0013] 優(yōu)選地，所述第三截止閥與所述機(jī)械栗之間設(shè)置有第十一截止閥，所述第十一截 止閥上連接有第四空氣連通管，所述第四空氣連通管的內(nèi)腔與外部大氣連通。
[0014] 優(yōu)選地，所述第二定量管容積是第一定量管容積的10倍以上。
[0015] 按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種利用上述裝置測(cè)量鑄件內(nèi)部含氣量的方 法，其特征在于：包括以下步驟：
[0016] (1)、鑄件熔化過(guò)程中真空度的測(cè)量，包括以下子步驟：
[0017] (I. 1)將待測(cè)鑄件放入氫氧化鈉溶液中1~1. 5分鐘，用水洗凈后，浸入硝酸中 30~50秒，依次用水、酒精和丙酮洗凈，再將其干燥；待其干燥后，用天平稱量，記錄下鑄件 重量m。
[0018] (1. 2)將所有的截止閥關(guān)閉，然后將稱量后的待測(cè)鑄件放入到真空室內(nèi)的坩堝中， 并將真空室封；
[0019] (1. 3)打開(kāi)真空機(jī)組中的第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥和第四截止閥，利 用真空機(jī)組對(duì)真空室進(jìn)行抽真空，使真空室中的真空度達(dá)到設(shè)定值；
[0020] (1.4)待真空室內(nèi)的真空度達(dá)到設(shè)定值Ρ。后，關(guān)閉真空機(jī)組的第一截止閥；同時(shí)， 停止真空機(jī)組的運(yùn)行并從零開(kāi)始計(jì)時(shí)；
[0021] (1. 5)保持加熱爐內(nèi)部溫度維持在設(shè)定溫度Τ，使待測(cè)鑄件熔化；
[0022] (1. 6)在時(shí)間^時(shí)，記錄此時(shí)真空室的壓力值P 3;
[0023] (1. 7)打開(kāi)第五截止閥、第一截止閥和第六截止閥，使真空室與大氣相通，同時(shí)使 加熱爐內(nèi)溫度維持在設(shè)定溫度T ;
[0024] (1. 8)關(guān)閉之前打開(kāi)的所有截止閥，使真空室與大氣斷開(kāi)，同時(shí)使加熱爐內(nèi)溫度維 持在設(shè)定溫度T ;
[0025] (2)、第一定量氣體釋放后的真空度測(cè)量，包括以下子步驟：
[0026] (2. 1)打開(kāi)真空機(jī)組中的第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥和第四截止閥，利 用真空機(jī)組對(duì)真空室進(jìn)行抽真空，使真空室中的真空度達(dá)到設(shè)定值；
[0027] (2. 2)待真空室內(nèi)的真空度達(dá)到設(shè)定值P。后，關(guān)閉真空機(jī)組中第一截止閥；同時(shí)， 停止真空機(jī)組的運(yùn)行并從零開(kāi)始計(jì)時(shí)。
[0028] (2. 3)在時(shí)間t/2時(shí)，打開(kāi)第八截止閥，使第一定量管和大氣相通，然后關(guān)閉第八 截止閥；
[0029] (2. 4)打開(kāi)第七截止閥，使第一定量管和真空室相通，然后關(guān)閉第七截止閥；
[0030] (2. 5)在時(shí)間^時(shí)，記錄此時(shí)真空室的壓力值P 1;
[0031] (2. 6)打開(kāi)第五截止閥、第一截止閥和第六截止閥，保持真空室與大氣相通，同時(shí) 使加熱爐內(nèi)溫度維持在設(shè)定溫度T ;
[0032] (2. 7)關(guān)閉之前打開(kāi)的所有截止閥，使真空室與大氣斷開(kāi)，同時(shí)使加熱爐內(nèi)溫度維 持在設(shè)定溫度T ;
[0033] (3)、第二定量氣體釋放后的真空度測(cè)量，包括以下子步驟：
[0034] (3. 1)打開(kāi)真空機(jī)組中的第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥和第四截止閥，利 用真空機(jī)組對(duì)真空室進(jìn)行抽真空，使真空室中的真空度達(dá)到設(shè)定值；
[0035] (3. 2)待真空室內(nèi)的真空度達(dá)到設(shè)定值P。后，關(guān)閉真空機(jī)組中第一截止閥；同時(shí)， 停止真空機(jī)組的運(yùn)行并從零開(kāi)始計(jì)時(shí)。
[0036] (3. 3)在時(shí)間t/2時(shí)，打開(kāi)第十截止閥，使第二定量管和大氣相通，然后關(guān)閉第十 截止閥；
[0037] (3. 4)打開(kāi)第九截止閥，使第二定量管和真空室相通，然后關(guān)閉第九截止閥；
[0038] (3. 5)在時(shí)間^時(shí)，記錄此時(shí)真空室的壓力值P 2;
[0039] (3. 6)打開(kāi)第五截止閥、第一截止閥和第六截止閥，使真空室與大氣相通，然后再 關(guān)閉之前打開(kāi)的所有截止閥；
[0040] (4)、含氣量的計(jì)算，包括以下子步驟：
[0041] (4. 1)利用測(cè)量得到的P^PpP3，以及第一定量管的容積V1、第二定量管的容積V2， 獲得鑄件內(nèi)部中的氣體體積V 3:
[0043] (4. 2)由V3獲得鑄件內(nèi)部的含氣量V = V 3/m。
[0044] 優(yōu)選地，所述真空度的設(shè)定值0· OlPa。
[0045] 總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0046] 1)本發(fā)明能自動(dòng)、快速測(cè)定鋁合金壓鑄件內(nèi)部的氣體含量，快捷、方便。
[0047] 2)本發(fā)明通過(guò)氣體含量大小的準(zhǔn)確測(cè)定，為定量評(píng)價(jià)鑄件內(nèi)部質(zhì)量提供了參考依 據(jù)。
[0048] 3)本發(fā)明通過(guò)氣體含量大小的準(zhǔn)確測(cè)定，為高真空壓鑄生產(chǎn)的汽車結(jié)構(gòu)件能否進(jìn) 行熱處理提供了定量判定