專利名稱：鑄造型砂多項機械性能測試方法及實施該方法的系統(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機械性能測試方法及實施該方法的系統(tǒng)。
型砂是一種復雜的介質(zhì)，兼具粘、彈、塑性，在外力對其緊實過程中，不僅與緊實能級有關(guān)，更與緊實過程中的時間因素有關(guān)?，F(xiàn)有的型砂檢測儀無論是強度儀還是其它性能測試儀，對一個砂樣只能測得一種機械性能，測試的型砂消耗大，測試比較費時，反饋慢，同時，測試過程及結(jié)果的給出，多用手動及必要的換算，因此容易人為地引入誤差和錯誤。
高強度緊實方法的發(fā)展，除了對型砂強度有所要求外，更對型砂的粘、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，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，采用的測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衡量型砂的韌性，可見這種間接的測量方法無論在測試原理和過程上，還是在數(shù)據(jù)的精確和靈敏程度上，都令人置疑。
美國人曾用型砂震擊韌性測試儀來測量型砂的韌性，其過程是將砂樣固定在托盤上，開動振動電機使托盤對砂樣產(chǎn)生震擊作用，直至砂樣被破壞，數(shù)出震擊次數(shù)并以此來衡量型砂的韌性，這種方法存在的問題也是比較明顯的，因為砂樣的這種破壞方式與實際生產(chǎn)中型砂的破壞方式出入很大，同時，更存在著測試穩(wěn)定性差及精度較低的問題。
Beonisch利用PSV型型砂測微器，對型砂的剪切位移極限(Shearing Deformation Limit)進行了測量和研究。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，以上研究都沒有對整個剪切過程中的應力和應變的變化過程加以測試和分析，因此掩蓋了一些型砂的本質(zhì)特征，并且存在緊實方法和測試精度等方面的問題。
美國專利US4.930.354公開了一種測試鑄造型砂性能的設備，包括帶有翻轉(zhuǎn)篩的加壓裝置，配有壓實器的測試裝置，帶有測量砂樣物理性能緊實率和濕度的傳感器及測量型砂抗壓強度的傳感器的檢測裝置。美國專利US4.442.884公開了一種自動連續(xù)測量型砂剪切強度的工藝和設備。但上述裝置都存在著測量對象單一，測量手段不完備等問題。
現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)對型砂的檢測和控制提出了更高的要求，傳統(tǒng)的型砂測試方法已不能適應這種要求，而對某些傳統(tǒng)測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機械性能測試方法及實施該方法的系統(tǒng)。通過對砂樣的一次檢測能迅速準確地同時得到多種型砂機械性能參數(shù)，全面衡量型砂的綜合機械性能。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(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，要控制對置于夾頭間的砂樣的加壓速度，在抗壓測試時，用壓力響應裝置來監(jiān)測被測砂樣的受力狀態(tài)，位移響應裝置監(jiān)測被測砂樣的相對位移量，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轉(zhuǎn)換成計算機可以接收和儲存的數(shù)字量。通過相應的軟件系統(tǒng)就可得出所測的應力-應變曲線及反映型本質(zhì)性能的機械性能剛度、抗壓強度、塑性變形極限、韌性指數(shù);通過變換夾頭還可以測出型砂試樣受剪、受拉、受彎曲的應力-應變曲線及相應的機械性能。
本發(fā)明所涉及的鑄造型砂多項機械性能測試系統(tǒng)包括平穩(wěn)加載裝置，砂樣夾持裝置，信號檢測計算機處理裝置，平穩(wěn)加載裝置由低轉(zhuǎn)速小功率電機(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(1)通過皮帶傳動，將力加到蝸桿(2)上，蝸桿(2)帶動蝸輪(3)轉(zhuǎn)動，蝸輪(3)轉(zhuǎn)動一周，螺旋推桿(4)向前移動一個螺距，砂樣夾持裝置的夾頭分左夾頭(8)、右夾頭(10)，信號檢測計算機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、打印機組成，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)，信號經(jīng)位移變送器(11)、放大器(12)進入A/D轉(zhuǎn)換卡。打印機與主機聯(lián)結(jié)，可以打印出測試曲線、測試參數(shù)以及各種分析圖表。
檢測數(shù)據(jù)文件程序主要是控制采樣周期，驅(qū)動A/D轉(zhuǎn)換程序，讀取測試結(jié)果并存盤，也可進行一些簡單的計算。
檢測采樣A/D轉(zhuǎn)換程序主要是將A/D卡轉(zhuǎn)換得的數(shù)字量進行采集，并儲存在特定的內(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)進行分析處理，繪出曲線，得出所要計算的參數(shù)，并打印出結(jié)果。該部分是在理論分析的基礎上，對所得數(shù)據(jù)進行處理、計算，得出所要求的參數(shù)。
本發(fā)明采用的型砂性能測試方法及測試系統(tǒng)其優(yōu)點在于測試系統(tǒng)運用了現(xiàn)代測試技術(shù)和測試手段，通過一個砂樣的檢測快速準確地給出了一些反映型砂本質(zhì)特征的指標和某些新的結(jié)論，克服了傳統(tǒng)的型砂測試的單一性和非系統(tǒng)性。
本發(fā)明的方法和實施該方法的系統(tǒng)可參考附圖詳細說明

圖1為該測試系統(tǒng)采樣部分主視2為電機、蝸輪、蝸桿的主視3為應力-應變的特征曲線圖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力，代表了型砂的抗壓強度。
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O至試樣斷裂點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)]]>實施例
用碾輪式混砂機混制測試用型砂，所用原砂為大林標準砂，標號為NBS55/100，粒度規(guī)格見下表
所用粘土為黑山鈣基膨潤土，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入密封回性，回性時間為24小時，測試前，將回性過的型砂用網(wǎng)眼0.25英寸(0.794cm)的篩子進行篩制，控制到所要求的緊實率，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，要控制對置于夾頭間的砂樣的加壓速度，在抗壓測試時，用壓力響應裝置來監(jiān)測被測砂樣的受力狀態(tài)，位移響應裝置監(jiān)測被測砂樣的相對位移量，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轉(zhuǎn)換成計算機可以接收和儲存的數(shù)字量，將A/D卡插在主機(APPLE-Ⅱ)4＃槽內(nèi)，將信號線接在模擬開關(guān)任何兩個通道上，通過匯編語言完成對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)動器進行存盤，以備調(diào)用，通過相應的軟件系統(tǒng)就可得出所測的應力-應變曲線及反映型砂本質(zhì)性能的機械性能剛度、抗壓強度、塑性變形極限、韌性指數(shù)，通過變換夾頭還可以測出型砂試樣受剪、受拉、受彎曲的應力-應變曲線及相應的機械性能。
在平穩(wěn)加載過程中，利用一臺轉(zhuǎn)速為70rpm、功率為15W的微型低速電機、電機正反轉(zhuǎn)可逆，利用皮帶傳動，將力加到蝸桿(2)上，蝸桿(2)帶動蝸輪(3)轉(zhuǎn)動，蝸輪(3)轉(zhuǎn)動一周，螺旋推桿(4)向前移動一個螺距，砂樣夾持裝置的夾頭分左夾頭(8)、右夾頭(10)，信號檢測計算機處理裝置由測力及稱重傳感器、差動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(APPLE-Ⅱ)、打印機組成，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)，信號經(jīng)位移變速器(11)、放大器(12)進入A/D轉(zhuǎn)換卡，打印機與主機(APPLE-Ⅱ)聯(lián)接，可以打印出測試曲線、測試參數(shù)以及各種分析圖表。
測試結(jié)果如下

權(quán)利要求
1.一種鑄造型砂多項機械性能測試方法，其特征在于在加載過程中，控制對置于夾頭間的砂樣的加壓速度以得到平穩(wěn)的加載效果，在抗壓測試時，用壓力響應裝置來監(jiān)測被測砂樣的受力狀態(tài)，位移響應裝置監(jiān)測被測砂樣的相對位移量，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進行轉(zhuǎn)換并輸入計算機，通過相應的軟件系統(tǒng)就可得出所測的應力-應變曲線及反映型砂本質(zhì)性能的機械性能剛度、抗壓強度、塑性變形極限、韌性指數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試方法，其特征在于通過變換夾頭還可測出型砂試樣受剪、受拉、受彎曲的應力-應變曲線及相應的機械性能。
3.一種實施如權(quán)利要求1或2所述鑄造型砂多項機械性能測試方法的系統(tǒng)，其特征在于由平穩(wěn)加載裝置，砂樣夾持裝置，信號檢測計算機處理裝置組成，平穩(wěn)加載裝置由低轉(zhuǎn)速小功率電機(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(1)通過皮帶傳動，將力加到蝸桿(2)上，蝸桿(2)帶動蝸輪(3)轉(zhuǎn)動，蝸輪(3)轉(zhuǎn)動一周，螺旋推桿(4)向前移動一個螺距，砂樣夾持裝置分左夾頭(8)、右夾頭(10)，信號檢測計算機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、打印機組成，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)，信號經(jīng)位移變送器(11)、放大器(12)，進入A/D轉(zhuǎn)換卡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鑄造型砂多項機械性能測試方法及實施該方法的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由平穩(wěn)加載裝置，砂樣夾持裝置，信號檢測計算機處理裝置組成，在加載過程中，控制對砂樣的加壓速度以得到平衡的加載效果，在測試型砂機械性能時，利用壓力傳感器及位移傳感器采樣，信號通過位移變送器、放大器后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入到計算機中進行處理，該系統(tǒng)能通過一個砂樣的檢測快速準確地給出一些反映型砂本質(zhì)特征的指標和某些新的結(jié)論。
文檔編號G01N3/00GK1099479SQ9311576
公開日1995年3月1日 申請日期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 申請人:沈陽工業(yè)大學