專利名稱：鑄造型砂多項(xiàng)機(jī)械性能測(cè)試方法及實(shí)施該方法的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄造型砂多項(xiàng)機(jī)械性能測(cè)試方法及實(shí)施該方法的系統(tǒng)。
型砂是一種復(fù)雜的介質(zhì)，兼具粘、彈、塑性，在外力對(duì)其緊實(shí)過程中，不僅與緊實(shí)能級(jí)有關(guān)，更與緊實(shí)過程中的時(shí)間因素有關(guān)?，F(xiàn)有的型砂檢測(cè)儀無(wú)論是強(qiáng)度儀還是其它性能測(cè)試儀，對(duì)一個(gè)砂樣只能測(cè)得一種機(jī)械性能，測(cè)試的型砂消耗大，測(cè)試比較費(fèi)時(shí)，反饋慢，同時(shí)，測(cè)試過程及結(jié)果的給出，多用手動(dòng)及必要的換算，因此容易人為地引入誤差和錯(cuò)誤。
高強(qiáng)度緊實(shí)方法的發(fā)展，除了對(duì)型砂強(qiáng)度有所要求外，更對(duì)型砂的粘、彈性、塑、韌性提出了控制和要求。型砂塑、韌性是衡量型砂性能的重要指標(biāo)，其反映了型砂在外力作用下發(fā)生開裂破壞前能承受的沖擊力和變形能力，曾用破碎指數(shù)作為型砂韌性的指標(biāo)，采用的測(cè)試裝置為鋼球下落式的破碎指數(shù)儀(韌性指數(shù)儀)，其過程是通過計(jì)算被鋼球擊碎的砂樣留在篩網(wǎng)上和落入底盤的型砂重量的比值來(lái)衡量型砂的韌性，可見這種間接的測(cè)量方法無(wú)論在測(cè)試原理和過程上，還是在數(shù)據(jù)的精確和靈敏程度上，都令人置疑。
美國(guó)人曾用型砂震擊韌性測(cè)試儀來(lái)測(cè)量型砂的韌性，其過程是將砂樣固定在托盤上，開動(dòng)振動(dòng)電機(jī)使托盤對(duì)砂樣產(chǎn)生震擊作用，直至砂樣被破壞，數(shù)出震擊次數(shù)并以此來(lái)衡量型砂的韌性，這種方法存在的問題也是比較明顯的，因?yàn)樯皹拥倪@種破壞方式與實(shí)際生產(chǎn)中型砂的破壞方式出入很大，同時(shí)，更存在著測(cè)試穩(wěn)定性差及精度較低的問題。
Beonisch利用PSV型型砂測(cè)微器，對(duì)型砂的剪切位移極限(Shearing Deformation Limit)進(jìn)行了測(cè)量和研究。討論分析了影響該變形量的各種因素和規(guī)律，并得出結(jié)果認(rèn)為該變形量可以代表型砂的塑性，但是，由于多種原因，以上研究都沒有對(duì)整個(gè)剪切過程中的應(yīng)力和應(yīng)變的變化過程加以測(cè)試和分析，因此掩蓋了一些型砂的本質(zhì)特征，并且存在緊實(shí)方法和測(cè)試精度等方面的問題。
美國(guó)專利US4.930.354公開了一種測(cè)試鑄造型砂性能的設(shè)備，包括帶有翻轉(zhuǎn)篩的加壓裝置，配有壓實(shí)器的測(cè)試裝置，帶有測(cè)量砂樣物理性能緊實(shí)率和濕度的傳感器及測(cè)量型砂抗壓強(qiáng)度的傳感器的檢測(cè)裝置。美國(guó)專利US4.442.884公開了一種自動(dòng)連續(xù)測(cè)量型砂剪切強(qiáng)度的工藝和設(shè)備。但上述裝置都存在著測(cè)量對(duì)象單一，測(cè)量手段不完備等問題。
現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)對(duì)型砂的檢測(cè)和控制提出了更高的要求，傳統(tǒng)的型砂測(cè)試方法已不能適應(yīng)這種要求，而對(duì)某些傳統(tǒng)測(cè)試方法的多種組合也不能得出新的結(jié)論。
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足之處提供一種鑄造型砂多項(xiàng)機(jī)械性能測(cè)試方法及實(shí)施該方法的系統(tǒng)。通過對(duì)砂樣的一次檢測(cè)能迅速準(zhǔn)確地同時(shí)得到多種型砂機(jī)械性能參數(shù)，全面衡量型砂的綜合機(jī)械性能。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的為了得到平穩(wěn)加載的狀態(tài)，消除系統(tǒng)的誤差，在加載過程中，要控制對(duì)置于夾頭間的砂樣的加壓速度，在抗壓測(cè)試時(shí)，用壓力響應(yīng)裝置來(lái)監(jiān)測(cè)被測(cè)砂樣的受力狀態(tài)，位移響應(yīng)裝置監(jiān)測(cè)被測(cè)砂樣的相對(duì)位移量，再分別經(jīng)位移變送器、放大器處理后，通過A/D轉(zhuǎn)換把得到的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收和儲(chǔ)存的數(shù)字量。通過相應(yīng)的軟件系統(tǒng)就可得出所測(cè)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及反映型本質(zhì)性能的機(jī)械性能剛度、抗壓強(qiáng)度、塑性變形極限、韌性指數(shù);通過變換夾頭還可以測(cè)出型砂試樣受剪、受拉、受彎曲的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及相應(yīng)的機(jī)械性能。
本發(fā)明所涉及的鑄造型砂多項(xiàng)機(jī)械性能測(cè)試系統(tǒng)包括平穩(wěn)加載裝置，砂樣夾持裝置，信號(hào)檢測(cè)計(jì)算機(jī)處理裝置，平穩(wěn)加載裝置由低轉(zhuǎn)速小功率電機(jī)(1)、蝸桿(2)、帶有內(nèi)螺紋并安有螺旋推桿(4)的蝸輪(3)組成，微型低轉(zhuǎn)速小功率電機(jī)(1)通過皮帶傳動(dòng)，將力加到蝸桿(2)上，蝸桿(2)帶動(dòng)蝸輪(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪(3)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，螺旋推桿(4)向前移動(dòng)一個(gè)螺距，砂樣夾持裝置的夾頭分左夾頭(8)、右夾頭(10)，信號(hào)檢測(cè)計(jì)算機(jī)處理裝置由壓力傳感器(7)、位移傳感器(6)、位移變送器(11)、A/D轉(zhuǎn)換卡、放大器(12)、主機(jī)、打印機(jī)組成，壓力傳感器(7)及位移傳感器(6)的擋頭安裝在螺旋推桿(4)上，壓力傳感器(7)與左夾頭(8)相接，位移變送器(11)接位移傳感器(6)，放大器(12)接壓力傳感器(7)，信號(hào)經(jīng)位移變送器(11)、放大器(12)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換卡。打印機(jī)與主機(jī)聯(lián)結(jié)，可以打印出測(cè)試曲線、測(cè)試參數(shù)以及各種分析圖表。
檢測(cè)數(shù)據(jù)文件程序主要是控制采樣周期，驅(qū)動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換程序，讀取測(cè)試結(jié)果并存盤，也可進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的計(jì)算。
檢測(cè)采樣A/D轉(zhuǎn)換程序主要是將A/D卡轉(zhuǎn)換得的數(shù)字量進(jìn)行采集，并儲(chǔ)存在特定的內(nèi)存區(qū)域，以備存盤調(diào)用。
數(shù)據(jù)處理程序主要是將存盤后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，繪出曲線，得出所要計(jì)算的參數(shù)，并打印出結(jié)果。該部分是在理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、計(jì)算，得出所要求的參數(shù)。
本發(fā)明采用的型砂性能測(cè)試方法及測(cè)試系統(tǒng)其優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)用了現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)和測(cè)試手段，通過一個(gè)砂樣的檢測(cè)快速準(zhǔn)確地給出了一些反映型砂本質(zhì)特征的指標(biāo)和某些新的結(jié)論，克服了傳統(tǒng)的型砂測(cè)試的單一性和非系統(tǒng)性。
本發(fā)明的方法和實(shí)施該方法的系統(tǒng)可參考附圖詳細(xì)說(shuō)明

圖1為該測(cè)試系統(tǒng)采樣部分主視2為電機(jī)、蝸輪、蝸桿的主視3為應(yīng)力-應(yīng)變的特征曲線圖4為建立文件程序框5為A/D轉(zhuǎn)換程序框6為數(shù)據(jù)處理程序框圖在圖3中σm表示了砂樣抗壓過程中所能承受的極限應(yīng)力，代表了型砂的抗壓強(qiáng)度。
OA段近似于直線變化，表明此過程具有彈性變形特征，K1為其斜率，由插值法求得線性回歸方程的斜率即為此值，K1值體現(xiàn)了型砂的彈性性能，謂之剛度。
εm指從起始點(diǎn)O至試樣斷裂點(diǎn)C的總變形量，即塑性變形極限。
E值指OABCD所圍成的面積，反映型砂抵抗破壞的變形功，稱之為韌性指數(shù)E=Σi=0n-1σ(ϵi)Δϵi---(o,ϵm)]]>實(shí)施例
用碾輪式混砂機(jī)混制測(cè)試用型砂，所用原砂為大林標(biāo)準(zhǔn)砂，標(biāo)號(hào)為NBS55/100，粒度規(guī)格見下表
所用粘土為黑山鈣基膨潤(rùn)土，具體混砂工藝如下原砂+粘結(jié)劑→干混4分鐘→加適量的水→濕混8分鐘→出砂出碾的型砂需過篩后使其均勻，裝入特制的塑料袋中進(jìn)入密封回性，回性時(shí)間為24小時(shí)，測(cè)試前，將回性過的型砂用網(wǎng)眼0.25英寸(0.794cm)的篩子進(jìn)行篩制，控制到所要求的緊實(shí)率，砂樣高度為50±0.2mm，將制好的砂樣從樣筒中取出，放置于系統(tǒng)中的夾頭間。
為了得到平穩(wěn)加載的狀態(tài)，消除系統(tǒng)的誤差，在加載過程中，要控制對(duì)置于夾頭間的砂樣的加壓速度，在抗壓測(cè)試時(shí)，用壓力響應(yīng)裝置來(lái)監(jiān)測(cè)被測(cè)砂樣的受力狀態(tài)，位移響應(yīng)裝置監(jiān)測(cè)被測(cè)砂樣的相對(duì)位移量，再分別經(jīng)位移變送器(11)、放大器(12)處理后，通過A/D轉(zhuǎn)換把得到的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收和儲(chǔ)存的數(shù)字量，將A/D卡插在主機(jī)(APPLE-Ⅱ)4＃槽內(nèi)，將信號(hào)線接在模擬開關(guān)任何兩個(gè)通道上，通過匯編語(yǔ)言完成對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的控制，并將采樣所得的數(shù)據(jù)存于內(nèi)存中，然后通過驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行存盤，以備調(diào)用，通過相應(yīng)的軟件系統(tǒng)就可得出所測(cè)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及反映型砂本質(zhì)性能的機(jī)械性能剛度、抗壓強(qiáng)度、塑性變形極限、韌性指數(shù)，通過變換夾頭還可以測(cè)出型砂試樣受剪、受拉、受彎曲的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及相應(yīng)的機(jī)械性能。
在平穩(wěn)加載過程中，利用一臺(tái)轉(zhuǎn)速為70rpm、功率為15W的微型低速電機(jī)、電機(jī)正反轉(zhuǎn)可逆，利用皮帶傳動(dòng)，將力加到蝸桿(2)上，蝸桿(2)帶動(dòng)蝸輪(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪(3)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，螺旋推桿(4)向前移動(dòng)一個(gè)螺距，砂樣夾持裝置的夾頭分左夾頭(8)、右夾頭(10)，信號(hào)檢測(cè)計(jì)算機(jī)處理裝置由測(cè)力及稱重傳感器、差動(dòng)變壓器式位移傳感器、位移變送器(11)、放大器(12)、A/D轉(zhuǎn)換卡(該卡由8位緩沖器74LS174、2716EPROM、6D觸發(fā)器74LS174、12位數(shù)模轉(zhuǎn)換AD7521以及反相器、比較器、16通道模擬開關(guān)4067等組成)、主機(jī)(APPLE-Ⅱ)、打印機(jī)組成，壓力傳感器及位移傳感器的檔頭安裝在螺旋推桿(4)上，壓力傳感器(7)與左夾頭(8)相接，位移變送器接位移傳感器(6)，放大器(12)接壓力傳感器(7)，信號(hào)經(jīng)位移變速器(11)、放大器(12)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換卡，打印機(jī)與主機(jī)(APPLE-Ⅱ)聯(lián)接，可以打印出測(cè)試曲線、測(cè)試參數(shù)以及各種分析圖表。
測(cè)試結(jié)果如下

權(quán)利要求
1.一種鑄造型砂多項(xiàng)機(jī)械性能測(cè)試方法，其特征在于在加載過程中，控制對(duì)置于夾頭間的砂樣的加壓速度以得到平穩(wěn)的加載效果，在抗壓測(cè)試時(shí)，用壓力響應(yīng)裝置來(lái)監(jiān)測(cè)被測(cè)砂樣的受力狀態(tài)，位移響應(yīng)裝置監(jiān)測(cè)被測(cè)砂樣的相對(duì)位移量，再分別經(jīng)位移變送器、放大器處理后，通過A/D轉(zhuǎn)換把得到的電壓模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸入計(jì)算機(jī)，通過相應(yīng)的軟件系統(tǒng)就可得出所測(cè)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及反映型砂本質(zhì)性能的機(jī)械性能剛度、抗壓強(qiáng)度、塑性變形極限、韌性指數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試方法，其特征在于通過變換夾頭還可測(cè)出型砂試樣受剪、受拉、受彎曲的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及相應(yīng)的機(jī)械性能。
3.一種實(shí)施如權(quán)利要求1或2所述鑄造型砂多項(xiàng)機(jī)械性能測(cè)試方法的系統(tǒng)，其特征在于由平穩(wěn)加載裝置，砂樣夾持裝置，信號(hào)檢測(cè)計(jì)算機(jī)處理裝置組成，平穩(wěn)加載裝置由低轉(zhuǎn)速小功率電機(jī)(1)、蝸桿(2)、帶有內(nèi)螺紋并安有螺旋推桿(4)的蝸輪(3)組成，微型低轉(zhuǎn)速小功率電機(jī)(1)通過皮帶傳動(dòng)，將力加到蝸桿(2)上，蝸桿(2)帶動(dòng)蝸輪(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪(3)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，螺旋推桿(4)向前移動(dòng)一個(gè)螺距，砂樣夾持裝置分左夾頭(8)、右夾頭(10)，信號(hào)檢測(cè)計(jì)算機(jī)處理裝置由壓力傳感器(7)、位移傳感器(6)、位移變送器(11)、A/D轉(zhuǎn)換卡、放大器(12)、主機(jī)、打印機(jī)組成，壓力傳感器(7)及位移傳感器(6)的擋頭安裝在螺旋推桿(4)上，壓力傳感器(7)與左夾頭(8)相接，位移變送器(11)接位移傳感器(6)，放大器(12)接壓力傳感器(7)，信號(hào)經(jīng)位移變送器(11)、放大器(12)，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換卡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑄造型砂多項(xiàng)機(jī)械性能測(cè)試方法及實(shí)施該方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由平穩(wěn)加載裝置，砂樣夾持裝置，信號(hào)檢測(cè)計(jì)算機(jī)處理裝置組成，在加載過程中，控制對(duì)砂樣的加壓速度以得到平衡的加載效果，在測(cè)試型砂機(jī)械性能時(shí)，利用壓力傳感器及位移傳感器采樣，信號(hào)通過位移變送器、放大器后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，該系統(tǒng)能通過一個(gè)砂樣的檢測(cè)快速準(zhǔn)確地給出一些反映型砂本質(zhì)特征的指標(biāo)和某些新的結(jié)論。
文檔編號(hào)G01N3/00GK1099479SQ9311576
公開日1995年3月1日 申請(qǐng)日期1993年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月24日
發(fā)明者陳士梁, 謝祖錫 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)