專利名稱：確定鑄造工件造型材料的造型技術(shù)性能的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)方法，該方法借助超聲波測(cè)量彈性和非彈性性能(彈性波的傳播和吸收)，還結(jié)合諸物理和/或工藝技術(shù)特性值來(lái)確定鑄造工件的造型材料系統(tǒng)的性能和它們的組成。用這種檢測(cè)方法測(cè)量的簡(jiǎn)便程度(無(wú)破壞、迅速、可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化)使得在制備和制造模型和型芯中用來(lái)檢測(cè)造型材料和也可用來(lái)監(jiān)測(cè)和控制質(zhì)量的新的檢測(cè)裝置能得以發(fā)展。
此外，本發(fā)明涉及一種裝置，該裝置用作測(cè)定鑄造工件的型砂，特別用作確定鑄造工件型砂的性能和成分，它具有一采樣裝置和一盛裝型砂樣品的試套，最好樣品是預(yù)壓試體的形狀。
對(duì)于造型材料的加工工藝技術(shù)性能足以反映有關(guān)的材料因素、工藝因素和有關(guān)的設(shè)備因素的組合。每一因素都對(duì)配制、造型和鑄造工藝產(chǎn)生影響。造型材料成分-造型材料質(zhì)量-造型質(zhì)量連鎖關(guān)系別有目的地影響著鑄造制品的質(zhì)量。為此，檢測(cè)造型材料的變化直接影響與造型工藝性能有關(guān)的效果的特性。
檢測(cè)造型材料的傳統(tǒng)方法經(jīng)常在接近于實(shí)際的條件下評(píng)定材料的質(zhì)量。要占用比較多的時(shí)間來(lái)限定對(duì)干擾大小的“反應(yīng)的靈敏性”，以及對(duì)有可能存在的缺陷作出意味深長(zhǎng)的陳述。
根據(jù)先進(jìn)測(cè)量工藝的原理發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用物理學(xué)的方法能夠詳盡闡明所構(gòu)成的物理性能和它們的關(guān)系，尤其是對(duì)有效物理和工藝技術(shù)參數(shù)的相互關(guān)系。考慮到鑄造的具體條件，可以把這樣的方法用于造型材料測(cè)試和造型材料控制方法的實(shí)際過程，它們比起常用的測(cè)試方式來(lái)有相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)(例如，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的可能性，特別大大地減少測(cè)試時(shí)間)。當(dāng)用電磁方法測(cè)量在粘土造型材料中的水份時(shí)，或當(dāng)在型芯的制造過程中用電的方法測(cè)量硬化狀態(tài)時(shí)，這樣情況會(huì)成為明顯的。
2.2.1造型粘土材料與粘土造型材料有關(guān)的造型技術(shù)性能主要通過測(cè)量壓縮性和抗壓強(qiáng)度加以確定，在這當(dāng)中，這些值又取決水含量、顆粒特性值(淤渣(sludge)含量)和可粘結(jié)的粘土(有效粘土)的比例(含量)。確定這些特性值的最通用的方法是在許多鑄造工廠中、采用由篩分、沉積和吸附構(gòu)成的分析形式。這種測(cè)試方法非常適用的，但它們是昂貴的，特別在時(shí)間上，它們不能進(jìn)行自動(dòng)化操作且不能和方法的附加監(jiān)測(cè)裝置一起使用。而對(duì)上述已知的控制最佳造型材料性能的自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說，則可測(cè)量壓縮率和水含量、測(cè)量抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度或形變極限(defomation limit)。除了確定水含量之外，這些測(cè)量在造型材料混合好后進(jìn)行，在這些測(cè)量的基礎(chǔ)上，所測(cè)的粘土和水的測(cè)量值作為接著的混合填料而被計(jì)算出。這樣的裝置的一個(gè)缺點(diǎn)是沒有考慮或沒有充分考慮在操作過程中產(chǎn)生的淤渣部分中和有效粘土部分中的變動(dòng)，因?yàn)楸粶y(cè)的現(xiàn)有混合填料數(shù)量是從上述填料的測(cè)定值中被計(jì)算出的。為了克服這一問題，可利用加工數(shù)據(jù)(例如型砂/鑄件的比和在模型中所放置的砂芯的數(shù)量)?？墒?，使這種數(shù)據(jù)和各個(gè)混合填料聯(lián)系起來(lái)是不可靠的(例如，砂芯從造型材料的循環(huán)中卸下，在輸送過程中鑄造工件舊砂的滲入)這種情況意味著所采用的值實(shí)際上是不精確的，并且這自然會(huì)對(duì)操作運(yùn)轉(zhuǎn)的成功產(chǎn)生不利影響。
在DD-PS253197中揭示了一種可能的解決辦法，該辦法提供了鑄造工件舊砂質(zhì)量的附帶規(guī)定。這個(gè)規(guī)定建議一種在鑄件的舊砂中的水、淤渣和有效粘土含量的流線限定方法，在這種方法中，將確定造型材料樣品對(duì)倫琴、咖瑪射線和超聲波速度造成的衰減。這個(gè)測(cè)量觀念的更換由于提高了施行輻射操作的技術(shù)要求(安全要求，維修費(fèi)用)而告失敗。
2.2.2合成樹脂和水玻璃結(jié)合的造型材料在控制有機(jī)粘結(jié)劑的和水玻璃結(jié)合的造型材料的均勻性和質(zhì)量上，規(guī)定了這種造型材料混合物試體的機(jī)械性能。這主要是測(cè)試彎曲強(qiáng)度的問題，但也涉及其它的強(qiáng)度測(cè)量(例如，抗剪強(qiáng)度和壓強(qiáng)度)。此外，檢測(cè)造型材料混合物的流變性能(例如，形變?cè)囼?yàn)、加工性能的延續(xù)時(shí)間)。因?yàn)橐?guī)定通過硬化可獲得的強(qiáng)度是造型材料質(zhì)量的基本準(zhǔn)則，所以通常確定硬化特性，其中可表示所獲得的強(qiáng)度對(duì)硬化過程的持續(xù)時(shí)間的依賴關(guān)系。使用這種測(cè)試方法的現(xiàn)場(chǎng)(insito)流水線作業(yè)是不需要的，或由于費(fèi)用是不可能。
德國(guó)專利DE-PS3152073公開了一進(jìn)行附帶規(guī)定和芯砂質(zhì)量控制的建議。根據(jù)這個(gè)建議，所需硬化時(shí)間通過測(cè)量在其硬化前后試體的導(dǎo)電性的大小加以計(jì)算出，并且同時(shí)可確定那種導(dǎo)電性大小的變化范圍。導(dǎo)電性的大小相當(dāng)于型芯的硬度，該硬度將保證型芯達(dá)到上述確定的硬度性能，因此可用作控制型芯質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)該提及這方法的一個(gè)缺點(diǎn)，即在評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)用于其它造型材料系統(tǒng)的電物理學(xué)性能方面則缺乏柔性。
2.2.3鑄造工件舊砂再生目前，為了評(píng)價(jià)再生的效果，僅提及鑄造工件中的舊砂的特性值“可洗掉物質(zhì)”和“引燃的損失”。確定這些特性值的檢測(cè)方法應(yīng)和粘土造型材料的傳統(tǒng)檢測(cè)方法中辨別出來(lái)，而它們具有那些測(cè)量方法的所有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，見2.2.1部分。
在許多場(chǎng)合中已高度自動(dòng)化的上述類型的裝置在鑄造工廠廣泛使用。因此，一在兩端敞開的、但起初不施加壓力的圓筒形試套可用型砂填充。為此，試套的下測(cè)開口至少暫時(shí)用板或類似的物件加以封住。然后，把所填滿的試套運(yùn)送到壓力工位，將壓錘從試套的上側(cè)開口向下推壓到型砂上、壓縮型砂。通過測(cè)量這種壓縮發(fā)生后壓錘在試套中所走過的行程，對(duì)確定型砂的壓縮率是可辦到的。
在另一位置中，用壓錘或另一壓錘把試體推壓出試套，例如，在初始將試套封閉的壓板被移去后，或在帶有試體的試管從壓板上取走后，來(lái)測(cè)量經(jīng)壓縮試體的抗剪強(qiáng)度也是可能的。于是，突出于試套的試體的一部分可通過側(cè)向攻擊叉加以剪切去，在剪切中測(cè)定作用在叉上的力。除了測(cè)量抗剪強(qiáng)度外，還能進(jìn)一步提供自動(dòng)測(cè)量工位，例如借助各種傳感器確定水份和其它參數(shù)且包括無(wú)接觸測(cè)量方法或通過閉合觸點(diǎn)操作的測(cè)量方法。
但是，某些測(cè)量和探測(cè)方法，特別是如要使型砂的成分給予顯示，主要關(guān)心的問題是有效膨潤(rùn)土和淤渣的含量的顯示則是相當(dāng)昂貴的。有效膨潤(rùn)土和淤渣的含量對(duì)型砂的造型技術(shù)性能有相當(dāng)大影響。因此，就需要一有可能以較迅速而又較為簡(jiǎn)單方式確定有目的地應(yīng)用重要的型砂性能的裝置。
本發(fā)明的目的是確定在鑄造工件中造型材料系統(tǒng)的性能和它們的組分的測(cè)試方法，該方法使所要求提供的質(zhì)量保證可滿足靈活、高生產(chǎn)率模型和型芯制造設(shè)備，特別是滿足了要進(jìn)行附帶監(jiān)測(cè)和控制的設(shè)備。本發(fā)明的目的應(yīng)該能通過確定物理物質(zhì)和它們與工藝技術(shù)參數(shù)的相互關(guān)系以及在技術(shù)因素和時(shí)間因素方面最少量的花費(fèi)而用于許多不同類型的鑄造工件造型材料系統(tǒng)。因此，通過確定特定試體、模型和型芯的超聲波特性值，能監(jiān)測(cè)和控制造型材料的質(zhì)量而正確地闡明有關(guān)造型材料的性能組分和強(qiáng)度性能應(yīng)該說是有可能的。
本發(fā)明的宗旨是為了建立一種確定鑄造工件的造型材料系統(tǒng)的性能和它們的組成的檢測(cè)方法，在這個(gè)基礎(chǔ)上提高各個(gè)鑄造工件造型材料系統(tǒng)的檢測(cè)工藝，并且把這些檢測(cè)工藝用于保證具有適應(yīng)性強(qiáng)的、高生產(chǎn)率的模型和型芯制造設(shè)備的質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)殍T造工件造型材料系統(tǒng)的性能和它們的組分可通過超聲波測(cè)量彈性和非彈性性能(彈性波的傳播和吸收)給合物理特性值(例如，水含量、粘結(jié)劑和硬化劑的含量和/或工藝技術(shù)特性值(例如，壓縮率、尤其是硬化作業(yè)的持續(xù)時(shí)間)而加以確定的，在特定試樣或在具體耦條件下(耦合壓力和持續(xù)時(shí)間)和在給定的超聲波頻率下確定超聲波速度。根據(jù)本發(fā)明，下述的規(guī)定工藝依靠待探測(cè)的鑄造工件造型材料系統(tǒng)而上得到改善。
有關(guān)本裝置，因?yàn)樵谙薅ń?jīng)壓縮型砂構(gòu)成的試體的至少一個(gè)表面上設(shè)有超聲波變換器，所以可解決以上問題。
粘土造型材料壓縮率、水含量和超聲波速度隨造型材料或鑄造工件的舊砂而定，從而確定了顆粒性能(淤渣含量或微粒部分)和活性粘土含量。
為了測(cè)量相對(duì)大小，造型材料制作的或鑄造工件舊砂的樣品、把它振動(dòng)成特定的容積形狀并在給定的力下(確定的壓縮率)壓縮。經(jīng)壓縮樣品在特定耦合條件下(耦合壓力的耦合持續(xù)時(shí)間)和在給定超聲波頻率情況下經(jīng)受穿透性超聲波測(cè)量技術(shù)處理。因此，樣品的超聲波速度得到測(cè)定。水含量在樣品的制造過程中或事先加以確定。顆粒特性值淤渣含量和細(xì)粒成分)則由公式來(lái)確定。
顆粒特性值＝f(水含量，超聲波速度)的函數(shù)。
有效粘土含量在已知顆粒特性值的條件下由公式加以確定公式為有效粘土＝f(壓縮率，超聲波速度)的函數(shù)或，有效粘土＝f(水含量，壓縮率)的函數(shù)。
為了確定顆粒特性值和有效粘土含量，補(bǔ)償直線事先通過取自待測(cè)的造型材料中的已知成分的測(cè)試混合物加以確定并按照常規(guī)插入法進(jìn)行應(yīng)用。所確定的顆粒特性值和有效粘土含量可和水含量和壓縮性一起被用作在準(zhǔn)備過程中構(gòu)成造型材料的填料的控制量。
11.合成樹脂和水玻璃結(jié)合的造型材料11.a.實(shí)行和控制固化結(jié)果確定硬化特性取新準(zhǔn)備好的造型材料混合物為樣品。依靠所采用的凝固方法，在進(jìn)入凝固加工之前或之后不久把樣品振動(dòng)成規(guī)定體積的形狀并在給定的壓力下壓縮。但壓縮樣品在特定耦合條件下(耦合壓力和持續(xù)時(shí)間)和在給定的超聲波頻率下經(jīng)受穿透性超聲波檢測(cè)法。因此，測(cè)得樣品的超聲波速率。連續(xù)的測(cè)量超聲波速率，直到硬化反應(yīng)結(jié)束為止。這樣所記錄的超聲波速率值是以對(duì)硬化加工持續(xù)時(shí)間的相關(guān)性來(lái)表示的。在硬化增進(jìn)時(shí)，超聲波速率提高。超聲波速率-硬化時(shí)間關(guān)系曲線為表示一擾動(dòng)變量的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)影響著硬化加工(例如，石英砂的淤渣含量)。在硬化加工過程中，在特定時(shí)間的超聲波速率相當(dāng)于所達(dá)到的強(qiáng)度級(jí)別，因此可替代常規(guī)試驗(yàn)方法所用的強(qiáng)度試驗(yàn)。
11.b實(shí)行控制模型和型芯部分的硬化結(jié)果在(11a)情況下紀(jì)錄最初所述的硬化特性還可與模型和型芯部分有關(guān)系。因此，這表明已達(dá)到了給定的強(qiáng)度性能。此外，在已受到穿透超聲波測(cè)試的方法處理的模型或型芯的樣品中產(chǎn)生的任何開裂都易于由超聲波速率的急劇減少而發(fā)覺。
2.5實(shí)施例粘土結(jié)合造型材料當(dāng)制取粘土結(jié)合造型材料時(shí)，通過將測(cè)定值的水分，基本造型材料和粘土加進(jìn)到鑄造工件的舊砂中而校正與技術(shù)性能有關(guān)的模型。但是，如果考慮到在操作過程中出現(xiàn)的淤渣含量的變化，那么，這些性能僅能在相應(yīng)地調(diào)整水含量時(shí)才得以控制。此外，應(yīng)該考慮到有效粘土的流動(dòng)部分是通過有目的測(cè)量粘土量來(lái)調(diào)整強(qiáng)度。
就本發(fā)明的方法而言，鑄造工件舊砂混砂機(jī)上游的特樣設(shè)備用于把造型材料從混砂機(jī)或混砂機(jī)下游取出，并形成一恒定的樣品體積。然后，使用一柱塞進(jìn)行壓縮。在經(jīng)壓縮的試樣上以介電帶數(shù)為基礎(chǔ)工作的傳感器用于確定鑄造工件舊砂的水含量或造型材料的水含量。水含量則通過把鑄造工件舊砂的溫度或造型材料的溫度包含進(jìn)去而加以測(cè)定，該溫度由溫度探頭測(cè)量。在檢測(cè)造型材料時(shí)，水的含量也能在混合過程中得到確定。在下一步驟中，在特定耦合條件下(耦合壓力和耦合持續(xù)時(shí)間)使超聲波測(cè)量頭同樣品結(jié)合。因此，一感應(yīng)行程記錄器用于計(jì)算樣品的深度，并由此推導(dǎo)出壓縮率。其次，使樣品在給定超聲波頻率下受穿透性超聲波檢測(cè)法處理并計(jì)算超聲波運(yùn)行時(shí)間。由運(yùn)行時(shí)間，包括樣品深度可確定超聲波速率。
借助于這種超聲波變換器測(cè)量造型砂體中的超聲波的傳播速率和衰減，并從這個(gè)測(cè)量結(jié)論中得出型砂的彈性和非彈性性能，這些性能不是直接用作表示特定目的的型砂的適用性就是在經(jīng)驗(yàn)值或一系列適宜檢測(cè)的基礎(chǔ)上，允許得出有效膨潤(rùn)土和淤渣的含量的結(jié)論。已經(jīng)表明在適宜的檢測(cè)條件下，超聲波速率和衰減之間的聯(lián)系有可能在具體操作中得到使用型砂的適應(yīng)性的明確結(jié)論，特別闡明了為使型砂具有所需要的性能，哪些成分還必須加到其中。一些可以考慮的添加劑的例子是上述一些材料、如有效膨潤(rùn)土和淤渣，此外還有新砂和水。這樣，超聲波測(cè)量還可間接地得到型砂成分的結(jié)論，于是可以按所希望方式使型砂成分改變。因此，超聲波測(cè)量是一種十分快速的測(cè)量方法，此方法，就其裝置而言，特別是能得到有關(guān)型砂成分的可靠結(jié)論(結(jié)果)而與另一種測(cè)量方式所必需的其它定量分析方法相比較所需裝置費(fèi)用小。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是優(yōu)先選用的，在此實(shí)施列中，兩超聲波變換器安放在試體的相對(duì)兩側(cè)。這兩變換器之一起發(fā)射器的作用，而相對(duì)配置的另一變換器起接收器的作用，其中可檢測(cè)經(jīng)試體的運(yùn)行時(shí)間、通過試體時(shí)的波幅變化和其它可能的相位突變等。不過，只使用一單獨(dú)超聲波變換器作相應(yīng)測(cè)量也是可能的，在測(cè)量中，變換器僅發(fā)射一束短的脈沖，然后，接收從試體中回射的回波，并在適當(dāng)電子設(shè)備中對(duì)回波加以分析。在這種情況下，一適宜反射超聲波的表面設(shè)置在與變換器布置相反的試體一側(cè)。
在優(yōu)先選用的實(shí)施例中，試套實(shí)質(zhì)上是圓筒形的，其中超聲波變換器安裝在板或錘上，這些板或錘放置在圓柱試體的兩端上。因此，這些表面之一或這些板可屬于壓力錘，而相對(duì)布置的板是壓板或抗壓板，其中，錘和壓板是壓縮(抗壓)試驗(yàn)位置的部件。作為實(shí)例，一圓筒形試套可安放在壓板上，而試套的兩端是開口的，然后用篩選過的型砂和/或已除去砂塊的型砂裝滿試套，在那時(shí)，一移除裝置負(fù)擔(dān)確保試套均勻而正確地加以填滿直到其邊緣。在這種情況下，繼之把試套運(yùn)送到壓縮位置，在那里，一盡可能緊密地裝配入圓筒形試套的壓錘放置在試體的端面上，并推入試套中。這樣，型砂就受到擠壓，而壓縮率則等于在給定的試驗(yàn)壓力下形成的試體體積同早先置有要求數(shù)量型砂的試套體積之比。因此，一個(gè)超聲波變換器可直接地安裝在壓縮試驗(yàn)位置的壓錘中，而另一個(gè)超聲波變換器可安裝在試套底部的壓板上。如果調(diào)節(jié)壓錘緊壓到砂的樣品上的試驗(yàn)壓力的壓力調(diào)整系統(tǒng)至少具有二極壓力調(diào)整裝置的話，那么這種安裝也是有利的，使得超聲波測(cè)量的壓力可加以選擇，而超聲波測(cè)量則與壓縮操作所提供的試驗(yàn)壓力無(wú)關(guān)，這一獨(dú)立壓力通常小于樣品壓縮的壓力。
但是，超聲波變換器可十分方便地安裝在與壓縮位置無(wú)關(guān)的表面中，特別在壓縮作業(yè)過程中，若在施加壓力時(shí)會(huì)有損壞與砂接觸的變換器表面的危險(xiǎn)，或若不能采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層或若測(cè)量結(jié)果被太大的歪曲，那么超聲波變換器更應(yīng)如此安裝。
為了簡(jiǎn)便起見，在這樣的情況下，超聲波變換器可安裝在錘和測(cè)量試體抗剪強(qiáng)度位置的適合的抗壓板上。為了測(cè)量抗剪強(qiáng)度，試體實(shí)際上由錘從試套中推出，在推出中，用于推出試體的壓力明顯小于壓縮操作所需的壓力。在合適的壓錘和適應(yīng)的抗壓板位于試套的下側(cè)時(shí)，所希望的超聲波測(cè)量就可在試體從試套中推出之前進(jìn)行，因?yàn)?，試體僅從試套的底部擠出而試套則穩(wěn)固地被保持住且抗剪強(qiáng)度位置上的壓錘則向下推進(jìn)，很明顯，抗壓板必須隨此而移動(dòng)或已事先移開。
在測(cè)量了抗剪強(qiáng)度之后，于是叉頭朝著試體橫向移動(dòng)并測(cè)量在切斷操作過程中發(fā)生的剪切力。
對(duì)于本發(fā)明的另一實(shí)施例，兩超聲波變換器彼此相鄰安裝在一個(gè)和同一表面上或安裝在相互接近的表面上，在安裝的兩超聲波變換器中，一個(gè)起發(fā)射器作用，另一個(gè)起接收器作用。在這種情況下，如果正確反射超聲波的表面布置在與超聲波變換器相對(duì)配置的試體一側(cè)，那么這也就更方便了。
本發(fā)明的其它的優(yōu)點(diǎn)，特點(diǎn)和可能的應(yīng)用將從下列實(shí)施例的說明并結(jié)合附圖顯露出，其中，

圖1是一自動(dòng)化的測(cè)試型砂的裝置，裝置具有若干位置，其中，超聲波測(cè)量設(shè)備可安裝在這些位置之一;
圖2至4是超聲波變換器在測(cè)試型砂裝置的諸位置上的各種布置;
圖5是一帶有加熱設(shè)備的超聲波測(cè)量錘;
圖6是表示超聲波速率、水含量和樣品的特性性能之間聯(lián)系的圖表。
首先，一用來(lái)檢測(cè)型砂的傳統(tǒng)裝置的例子將借助圖1加以說明，而這一裝置則可通過本發(fā)明的特性作有益補(bǔ)充。
在圖1的左邊，可以看到一從砂床S中采取砂的樣品的采樣裝置1。采樣裝置1由提升缸工加以操縱，在這個(gè)操作中，砂的樣品朝著排出缸3向上提起，并從那里將該樣品注在碾碎機(jī)漏斗4中或注入到合適的篩子上。因此，使型砂填入安置在碾碎機(jī)漏斗4下面和依靠在底板27上的一圓筒形試套5中，試套頂部和底部是敞開的，但在其下側(cè)上可由壓板27加以封閉。通過采樣裝置將型砂裝入到漏斗4中或裝到合適的篩子上的量將很好地填滿試套5。然后，將試套5移動(dòng)到壓板27的右面，而壓板可是呈轉(zhuǎn)臺(tái)的形式、或以接合的輸送帶形式或?qū)⒃囂滓教畛錉顟B(tài)測(cè)試機(jī)構(gòu)7的同類裝置。在將試套引到填滿狀態(tài)測(cè)試機(jī)構(gòu)7的過程中，試套與在分離裝置6下面通過，該分離裝置就移去試套5的上緣上堆積的過量型砂，以便試套5中的型砂表面精確地與試套5的頂緣齊平。這種情況可通過填滿狀態(tài)測(cè)試機(jī)構(gòu)7加以校驗(yàn)。然后，把這種所裝填的試套5被移動(dòng)到一壓縮位置Ⅱ，在壓縮位置，一按照試套5的內(nèi)部大小所選定的斷面尺寸的壓錘21通過液壓缸8降壓到試套5中的型砂表面上。型砂受到處在壓力下壓錘的載荷，該壓力則是由液壓缸8加以精確置定的，在型砂中的壓縮率可由型砂的容積的改變而推導(dǎo)出，也就是由壓錘21在試套5中所作出的行程與試筒的高度的比例關(guān)系的具體結(jié)果。一適用的行程測(cè)試裝置9安裝在壓縮位置Ⅱ。
會(huì)明顯地看到壓板27起到抗壓板作用并適當(dāng)?shù)刂С性趬嚎s位置Ⅱ。
在還待加以說明的一點(diǎn)中，在這個(gè)壓縮位置Ⅱ可安裝一超聲波測(cè)試裝置。
然后，將一帶有壓縮試體的試套5推進(jìn)到測(cè)試試體的抗剪強(qiáng)度的位置Ⅲ。為此目的，試體15由另一壓錘31進(jìn)一步向下加以擠壓以使其稍脫離試套5，接著，從試套5中突出的試體15的部分在橫向區(qū)用叉頭加以剪去，其中，這一剪切所需的力由叉頭或叉頭保持機(jī)構(gòu)來(lái)測(cè)量，也可用測(cè)量壓縮強(qiáng)度來(lái)代替測(cè)量抗剪強(qiáng)度，如圖1中的位置Ⅳ所示。在那里，一由缸12驅(qū)動(dòng)的壓錘也擠壓試體15以將試體從試套5中完全脫離出來(lái)，在擠壓中，試體位于抗壓板13上，并在壓錘的連續(xù)向后移動(dòng)下被壓碎(crush)。作用在抗壓板13上由受力機(jī)構(gòu)14加以確定。
圖2示出了可能實(shí)行超聲波檢測(cè)裝置的方法，例如在前述壓力位置Ⅱ是可實(shí)現(xiàn)的方式。為此，使與型砂接觸的壓錘21的前表面具有一將超聲波變換器的裝配在其中的凹槽，以便其前表面與壓錘21的前表面齊平地端接。在超聲波變換器的相反一面上的電引線在圖2中未示出。但是，它們可以以本質(zhì)上已知方式通過在壓錘21后面的鉆孔加以導(dǎo)線連接。
一超聲波變換器26以與壓錘21同樣的方式適于把它裝配在抗壓板27的凹槽中，而面向試體15的超聲波變換器表面也與抗壓板27的表面齊平地端接。如虛線所示，抗壓板27可通過提升元件28以樞為中心向下轉(zhuǎn)動(dòng)到位置29，因此，在壓縮位置上完成了檢測(cè)后，在可固定于載架臂上的試套的試體15可進(jìn)一步加以輸送，而不與抗壓板27接觸，以便防止因摩擦而對(duì)變換器表面的任何磨損。
液壓缸22經(jīng)供應(yīng)管線24通過兩個(gè)不同壓力控制閥23、23′加壓。兩壓力控制閥23、23′之一對(duì)測(cè)量壓縮率是有效的，在測(cè)量中，壓錘21進(jìn)入試套5的行程可在刻度尺25上加以讀出或可自動(dòng)地進(jìn)行測(cè)定。接著使另一壓力拉制閥23′動(dòng)作，即可自動(dòng)地進(jìn)行測(cè)定。在液壓缸22中，提供給稍低壓力的另一壓力控制閥23′然后被驅(qū)動(dòng)，使得壓錘21以稍微低的壓力緊壓住試體15的表面。在這種情況下，可在試體上進(jìn)行超聲波檢測(cè)，例如在檢測(cè)中，變換器20起到發(fā)射體的作和、變換器26起接收體的作用。用作這些超聲波變換器的電子測(cè)量設(shè)備在理論上是已知的，因此，這不需加以說明。尤其是測(cè)量超聲波脈沖通過試體15的運(yùn)行時(shí)間，其中，按試體15的厚度也可計(jì)算超聲波速度，試體的厚度則由試套5的厚和壓錘21的壓縮行程推導(dǎo)答出也是可辦到的。最好通過檢測(cè)在壓錘21的表面和抗壓板27的表面之間來(lái)回傳播的短超聲波脈沖的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)反射波來(lái)確定超聲波的衰減也是允許的。
在超聲波測(cè)定完成后，壓錘21和超聲波變換器20一起從試套5中移出，使抗壓板27繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)或向下彎曲，因此，試體5和試套15可以以不接觸方式傳送到下一位置。
圖3表示一測(cè)定試體15的抗剪強(qiáng)度的位置，其中，這個(gè)位置同樣由超聲波測(cè)量裝置加以補(bǔ)充。根據(jù)圖1中Ⅱ的位置將在試套5中的可能已經(jīng)預(yù)壓的試體15移動(dòng)到測(cè)量抗剪強(qiáng)度的位置。在測(cè)量抗剪強(qiáng)度之前，首先將壓錘34緊貼住圓柱試體的底端表面，但另一方面使壓錘31從其上面降落入試套5中，且壓降到試體15的表面上。壓錘31和34都設(shè)有一與其表面齊平的超聲波變換器，那些超聲波變換器的配線和電氣連接則并不需要加以表示。由于均勻的壓力使得較容易地在測(cè)量結(jié)果間作比較，雖然這種條件也不可加以放棄，但只要這些測(cè)量結(jié)果的相關(guān)壓力在一系列相應(yīng)的測(cè)試中已得到測(cè)定，壓錘31就可以一比壓(單位壓力)降落到型砂的表面上。
刻度尺32有助于找出試體15的高度，以便確定通過試體15超聲波脈沖的移動(dòng)行程。不過，試體的高度可看作由上述的壓縮位置測(cè)量的結(jié)果。
在超聲波測(cè)定完成后，壓錘34通過液壓缸35進(jìn)一步向下降落，而壓錘31則把試體15向下推過一給定長(zhǎng)度并脫離試套5，因此，脫離試套的試體可由剪切叉頭36加以?shī)A住。當(dāng)叉頭剪去從試套5中下突出的試體15的一部分時(shí)，用作剪切叉頭的進(jìn)給裝置37檢測(cè)到作用在叉頭36上的力。
同樣地，超聲波變換器也可設(shè)置在測(cè)量抗壓強(qiáng)度的位置，如圖1的底部Ⅳ所示。在這種情況下，一超聲波變換器也能安裝在壓錘13中，并還能安裝在可從上面降下來(lái)的壓錘中，其中，如果壓錘13應(yīng)該作足夠遠(yuǎn)的向下移動(dòng)而使它將試套5的底側(cè)封閉，那么此壓錘是有用的。但是，一抗壓板也可獨(dú)立地安置在試套5的底側(cè)來(lái)代替壓錘13，這種試套可接納超聲波變換器且可能能從試套5向下作樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖4表示兩超聲波變換器41、42布置在試體15的底側(cè)的抗壓板43上的一種變型。從超聲波變換器41中發(fā)生的超聲波由試套5的兩壁加以反射、但主要還是由擱靠在試體15上側(cè)的壓錘44加以反射并由變換器42加以接收。再由運(yùn)行時(shí)間和試體的厚度來(lái)計(jì)算超聲波速度。在另一種的變型中，變換器41和42可以是相同的，也就是一單一變換器41將起到發(fā)射器和接收器的兩種作用，該變換器有可能干脆用本身已知兩變換器連接的電子轉(zhuǎn)換開關(guān)。
圖5表示一壓錘或一壓板50，在壓錘或壓板中，超聲波變換器52是按這樣的方法加以按納的，使得其表面與壓板50的表面齊平端接。同時(shí)環(huán)繞超聲波變換器52的加熱線圈51放置在壓板50內(nèi)，借助變換器的加熱線圈可加熱壓板50，以便防止型砂粘結(jié)，而避免由于壓力負(fù)載的變化而在壓錘或壓板上產(chǎn)生冷凝作用的。
根據(jù)本發(fā)明的裝置連同已知的抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度檢測(cè)位置使得有可能與上述已知自動(dòng)操作測(cè)試裝置相比較以更徹底和更快的方式檢測(cè)所有型砂的重要性能。尤其，將超聲波測(cè)量同以上所述其它測(cè)試方式相結(jié)合可排除對(duì)型砂成分的定量分析，因?yàn)槌暡y(cè)量至少和易于測(cè)量的其它性能結(jié)合，例如壓縮率和抗剪強(qiáng)度結(jié)合已經(jīng)提供了有關(guān)型砂成分方面的足夠數(shù)據(jù)。由于，一系列適宜的測(cè)量都要求找出超聲結(jié)果和各個(gè)成分之間的聯(lián)系，因此，在超聲結(jié)果的基礎(chǔ)上答出有關(guān)成分的結(jié)論是可能的。在那時(shí)，當(dāng)然應(yīng)考慮到在型砂中存在不同類型的粘結(jié)劑的事實(shí)。
當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的裝置也可用于其它生產(chǎn)過程，例如，陶瓷質(zhì)量、土壤力學(xué)檢測(cè)、建筑材料等的生產(chǎn)過程。
為了提供造型材料系統(tǒng)的造型技術(shù)性能的附加控制的資料可從三個(gè)相應(yīng)(相關(guān))值例如水含量、壓縮率和超聲波速度中推導(dǎo)出-淤渣含量超聲波速度通過與水含量(圖6)連同的補(bǔ)償直線一起提供有關(guān)淤渣含量的數(shù)據(jù)。補(bǔ)償直線是通過測(cè)試來(lái)自待研究的造型材料系統(tǒng)中已知組分的測(cè)試混合物的方法加以確定的。因此，可利用常用的插入法。
淤渣含量的確定-測(cè)量值XG實(shí)際，V實(shí)際-補(bǔ)償直線SGi-1＝Vi-1＊WG實(shí)際+bi-1;
SGi＝Vi＝ai＊WG實(shí)際+bi;
SGi+1＝Vi+1＝ai+1＊WG實(shí)際+bb+1-在各個(gè)補(bǔ)償直線之間的擴(kuò)展頻帶△i-1i＝△ii-1＝(Vi-1-Vi)/2△i+1i＝△ii+1＝(Vi-Vi+1/2-比較V1-△ii+1＜V實(shí)際＜Vi+△ii-1-結(jié)論SG實(shí)際＝SGi-活性粘土的確定壓縮率通過與水含量和已知淤渣含量連同一起的補(bǔ)償直線來(lái)確定有效粘土含量。在畫出補(bǔ)償直線時(shí)，附加地確定由淤渣材料所需要的補(bǔ)償因素。
在推算出實(shí)際狀態(tài)后，用標(biāo)稱值作比較。處理計(jì)算機(jī)將相應(yīng)調(diào)整脈沖供給計(jì)量設(shè)備，并且把混合填料和來(lái)自鑄造工件的舊型砂、基本造型材料、粘土和水放在一起。
權(quán)利要求
1.一種確定在鑄造工件中型砂性能和/或成分的方法，其中，一些性能在容納型砂樣品的試套中得到確定，其特征在于超聲波測(cè)定取自型砂的樣品，在測(cè)定中與這種操作無(wú)關(guān)，至少測(cè)量和確定多于一個(gè)的型砂樣品的性能，超聲波測(cè)定的結(jié)果和另一些測(cè)量操作的組合結(jié)果用于確定樣品的成分和造型工藝技術(shù)性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)超聲波速率和測(cè)得的超聲波幅值確定樣品的彈性和非彈性或吸收性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于通過在一個(gè)或一個(gè)以上樣品表面上的反射確定超聲波的相位和波幅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于各超聲波變換器安放在樣品的相對(duì)兩側(cè)，樣品的一側(cè)的變換器起超聲波發(fā)射器作用，樣品的另一側(cè)的變換器起超聲波接收器作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的方法，其特征在于兩超聲波變換器彼此相鄰地安裝在試體的表面上，至少該兩變換器之一起經(jīng)反射超聲波的接收器的作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的方法，其特征在于超聲波測(cè)量是伴隨著樣品上的超聲波變換器的可調(diào)節(jié)耦合壓力一起進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的方法，其特征在于除了超聲波測(cè)量之外，還以樣品的壓縮率的形式進(jìn)一步確定測(cè)量的量級(jí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的方法，其特征在于除了超聲波測(cè)量之外，還以樣品的水含量方式進(jìn)一步確定物理測(cè)量的量級(jí)。
9.根據(jù)權(quán)利村注1至8所述的方法，其特征在于除了超聲波測(cè)量外，還以在樣品中的粘結(jié)劑和/或硬化成分的方式進(jìn)一步確定所測(cè)量的量級(jí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9所述的方法，其特征在于從根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系從測(cè)定性能中確定樣品的諸非直接測(cè)量的性能和成分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9所述的方法，其特征在于根據(jù)由刻度板，也可能由插入法的測(cè)量大小來(lái)確定樣品的不直接測(cè)量的性能和成分。
12.一種為評(píng)估質(zhì)量或成分例如基礎(chǔ)砂、再生材料和粘結(jié)劑等的造型材料系統(tǒng)的性能和它們的組成確定方法，其特征在于借助超聲波測(cè)量彈性和非彈性性能-彈性波的傳播和吸收，進(jìn)一步結(jié)合物理和/或工藝技術(shù)特性值來(lái)進(jìn)行確定。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的粘土造型材料的質(zhì)量或成分的確定方法，其特征在于測(cè)量超聲波速率、濕度、溫度和壓縮率而得出在鑄造工件中有關(guān)造型材料和/或舊砂的有效粘土含量和殘?jiān)暮康慕Y(jié)論。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的造型材料或合成樹脂和水玻璃粘結(jié)造型材料的造型質(zhì)量的確定方法，其特征在于通過追蹤超聲波特性值的變化對(duì)造型材料樣品進(jìn)行凝固效果和狀態(tài)的測(cè)定。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的再生材料質(zhì)量的確定方法，其特征在于使用超聲波-超聲波速率-衰減確定干擾變量-細(xì)粒部分的比例。
16.一種確定鑄件型砂的性能和/或成分的裝置，具有一采樣設(shè)備和一容納試體樣品，最好是預(yù)壓體形式的樣品的試套，其特征在于一超聲波變換器至少安裝在試體上限定的一個(gè)表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于兩超聲變換器安裝在試體的相對(duì)兩側(cè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的裝置，其特征在于超聲波裝置安置在圓柱試體一或兩個(gè)端面上。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18所述的裝置，其特征在于超聲波變換器安裝在一壓錘和/或一與壓錘相對(duì)配置的壓板中。
20.根據(jù)權(quán)利要求16至18所述的裝置，其特征在于一些超聲波變換器安置在與接受推壓壓力的表面分離的諸表面上。
21.根據(jù)權(quán)利要求16至20所述的裝置，其特征在于諸裝有超聲波變換器的表面能移動(dòng)到試體上并從試體上移開。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于為壓錘的壓力提供至少具有兩壓力級(jí)的一壓力調(diào)節(jié)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求16至22所述的裝置，其特征在于把壓力施加在試體上的表面至少可部分地加熱。
24.根據(jù)權(quán)利要求16至23所述的裝置，其特征在于兩超聲波變換器安裝在一彼此鄰接且與反射表面相對(duì)配置的表面。
全文摘要
本發(fā)明涉及確定鑄件型砂的性能和成分的方法和裝置，其中，一些性能在容納型砂樣品的一試套中進(jìn)行測(cè)定。為了建立一有可能較快和易地確定對(duì)有目的使用所必需的型砂性能的方法，本發(fā)明提供了超聲測(cè)量的型砂樣品，其中，與此無(wú)關(guān)的是另行測(cè)量確定該樣品的至少一個(gè)性能，把超聲測(cè)量和另行測(cè)量的組合結(jié)果用于確定樣品成分和/或造型工藝性能以建立一較快和軟簡(jiǎn)單確定對(duì)有目的應(yīng)用。重要的型砂性能的裝置，并建議超聲變換器至少裝在試體確定的一表面上。
文檔編號(hào)G01N33/24GK1112240SQ94104368
公開日1995年11月22日 申請(qǐng)日期1994年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月21日
發(fā)明者埃爾特·哈比爾·弗萊明, 維爾納·哈卜, 托馬斯·舒斯特, 馬里安·伊萬(wàn)諾夫 申請(qǐng)人:古斯塔夫·愛利希機(jī)器制造廠