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专利名称：型砂退让性测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种评价铸造型砂在铸件凝固过程中退让性能优劣的测试装置，属于机械制造及材料技术领域。
背景技术：
砂型铸造是目前应用最为广泛的鋳造方法之一，铸造型砂由原砂、型砂粘结剂和其它辅料以一定的配比混合而成。该方法广泛地应用于铸钢、铸铁、有色合金件的毛坯件成型。但是在实际生产中，大量的铸件因出现裂纹而报废，尤其对于大型薄壁铸件，因裂纹而导致的废品率远高于其它铸造缺陷。这类裂纹通常出现在金属尚未完全凝固的时期，所以又被称为“热裂”。热裂缺陷不仅与鋳造合金性能有关，而且与型砂的颗粒度、粘结剂种类及配比、辅料种类及添加量等诸多因素有夫。鋳造行业通常把铸件在凝固、冷却过程中产生收缩时，砂型或砂芯是否能相应的变形、退让而不阻碍铸件收缩的性能称为“型砂退让性”。具有较高退让性的型砂能显著降低铸件热裂缺陷的产生几率，但同时也会使得砂型或砂芯过早失去強度而变形、脱落甚至倒塌，使得铸件难以获得完整的外形。而退让性较差的砂型能获得具有良好外形和表面质量的铸件，但砂型在高温金属液烘烤下仍具有较高的机械强度，不能随着铸件凝固收缩而产生相应的变形和退让，阻碍了铸件的自由收缩，从而使铸件内产生较大内应力甚至开裂。因此在铸造型砂选择时，必须针对铸件的合金种类、铸件的结构特征选择具有合适退让性的型砂。从金属液进入型腔开始，型砂中的粘结剂、添加物和砂粒本身在高温金属液的烘烤下会发生一系列的物理化学变化，在实际生产中，对于相同批次的原砂，粘结剂和辅料的类型及其加入量对型砂退让性影响显著。同时在生产中有相当比例的旧砂需要进行循环使用，这就使得型砂中各类粘结剂及辅料的含量无法准确把握，因此在生产前对每批型砂的退让性指标进行现场快速測定，并及时的调整型砂的配比，对防止铸件热裂的产生具有积极的意义。目前国内并没有统ー的型砂退让性测试方法和标准，在生产中大多凭经验来判断其自退让性的优劣，有时需要通过多次反复的试生产来摸索出型砂的最佳配比，这样不仅浪费大量的人力和物力，而且对于某些大型复杂铸件采用反复试验的方法几乎是不可能的。因此开发一种退让性的测试设备对提高铸件产品质量、降低废品率具有非常大的应用价值。

发明内容
为了解决现有技术砂型鋳造中生产前无法对每批型砂的退让性指标进行现场快速測定，无法及时调整型砂配比的问题，本发明提供了一种可以測量型砂在铸件凝固收缩过程中对铸件产生的阻力变化的装置，以此来评价各种型砂在不同鋳造エ艺条件下的退让性能。为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是型砂退让性测试装置，包括砂箱浇注系统、收缩应カ测试机构和数据采样系统，所述砂箱浇注系统包括砂箱，在砂箱内设置有试样筒固定座，能够装有待测型砂试样的试样筒放置于试样筒固定座内，在试样筒的一侧设置有契形砂芯，契形砂芯通过外侧的契形压紧块压紧固定，在试样筒的另ー侧填充粘土砂，所述契形砂芯、待测型砂试样、粘土砂型组成“T”形试棒型腔，溃散浇ロ砂芯位于砂箱上半部分，且溃散浇ロ砂芯中部开设的垂直浇道与“T”形试棒型腔连通；所述收缩应カ测试机构包括拉杆，拉杆通过夹头和连接杆固定于移动传カ框上，压カ传感器位于移动传カ框中部，移动传カ框另ー侧安装有调压螺杆和手轮；所述数据采样系统包括用于采集“T”形试棒型腔内铸件应カ变化的动态应变仪，所述压カ传感器与动态应变仪输入端连接，所述动态应变仪输出端依次连接模数转换器和计算机。前述的型砂退让性测试装置，其特征在于试样筒顶部设有开ロ，底部设有通孔，待测型砂试样中心设有一圓柱形空腔。前述的型砂退让性测试装置，其特征在于试样筒外壁有两条凸起圆环，所述试样筒固定座中部开设有阶梯形“U”形槽，所述试样筒固定于试样筒固定座的阶梯形“U”形槽。前述的型砂退让性测试装置，其特征在于契形砂芯垂直面中部有一圓形沉孔，圆形沉孔直径小于试样筒内径，且圆形沉孔与试样筒轴线重合。前述的型砂退让性测试装置，其特征在于所述砂箱通过定位销固定于底座上，在砂箱的外侧，底座上方设置有支撑架，在支撑架上开设有与“T”形试棒型腔轴线重合的“U”型槽。前述的型砂退让性测试装置，其特征在于在契形砂芯和契形压紧块与底座之间设置有起调整高度作用的垫块。前述的型砂退让性测试装置，其特征在于拉杆一端有缺ロ，伸入“T”形试棒型腔内部，夹头通过紧固螺钉将拉杆固定在夹头上，夹头通过连接杆与移动传カ框连接。前述的型砂退让性测试装置，其特征在于在移动传カ框与支架之间安装有滚动轴承。前述的型砂退让性测试装置，其特征在于压カ传感器位于移动传カ框中部，水平固定于传感器支架上，传感器支架通过固定螺钉与支架连接。前述的型砂退让性测试装置，其特征在于调压螺杆与移动传カ框采用螺纹连接，调压螺杆一端顶在压力传感器承载面中心，另一端与手轮连接。前述的型砂退让性测试装置，其特征在于“T”形试棒型腔、拉杆轴线、连接杆、压カ传感器、调压螺杆均保持在同一轴线上。本发明的有益效果是
(I)、本发明的型砂退让性测试装置能够获取待测型砂铸件凝固过程中高温强度变化情况，通过高温强度数值及其变化趋势来评价该型砂的退让性优劣，能较好的反映该种类型砂在实际生产中对铸件凝固收缩的阻碍能力。(2)、毎次测试的型砂退让性数据可以保存在计算机中，能方便的进行不同型砂退让性数据对比分析。(3)、本发明采用高精度压カ传感器和模数转换器，具有测试精度高、实时性好的优点。(4)、本发明的型砂退让性测试设备适合于浇注各种铸钢、铸铁及有色金属，能广泛的适用于大多数铸件生产用砂选型。


附图I是型砂退让性测试装置主视图。附图2是型砂退让性测试装置“A-A”截面视图。附图3是型砂退让性测试装置“B-B”截面视图。附图4是型砂退让性测试装置“C-C”截面视图。附图5是型砂退让性测试装置的砂箱外形图。附图6是型砂退让性测试装置的试样筒及待测型砂试样外形图。 附图7是型砂退让性测试装置的试样筒固定座外形图。附图8是型砂退让性测试装置的砂箱浇注系统外形及安装图。附图9是型砂退让性测试装置的溃散浇ロ砂芯外形图。附图10是型砂退让性测试装置的造型芯棒外形图。附图11是型砂退让性测试装置的收缩应カ测试机构外形及安装图。附图12是型砂退让性测试装置的数据采样系统连接方式图。附图中各标号的意义为
I、支撑架；2、砂箱；3、契形压紧块；4、契形砂芯；5、试样筒；6、待测型砂试样；7、试样筒固定座；8、粘土砂；9、溃散浇ロ砂芯；10、“T”形试棒型腔；11、拉杆；12、夹头紧固螺钉；13、夹头；14、连接杆；15、移动传力框；16、传感器支架；17、压カ传感器；18、调压螺杆；19、手轮；20、支架；21、固定螺钉；22、滚动轴承；23、定位销；24、底座；25、垫块；26、造型芯棒。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进ー步的描述。图I、图2为型砂退让性测试装置的整体装配视图，图8表示了砂箱浇注系统的外形及安装关系。砂箱2为上下开ロ长方体容器(图5)，两侧均有“U”形槽，采用铸铁制成，长宽高为800 X 150 X 170mm，砂箱底部两端可插入定位销23中与底座24连接，使得砂箱不能水平移动。试样筒5为ー底部开孔的开ロ圆筒(图6),待测型砂试样6位于试样筒5内，中心有一圓柱形空腔，采用标准锤击式制样机直接在试样筒内成型，以保证所有型砂试样具有相同的紧实率。试样筒内径60 80_，其外壁有两个环形凸缘。试样筒固定座7中部开设有阶梯形“U”形槽(图7)，其两侧分别有4个螺纹孔，可用螺钉与砂箱牢固连接(图I、图
2、图8)，试样筒及试样筒固定座均由中碳钢制成。试样筒5放置于试样筒固定座7的“U”形槽底部(图I、图3、图8)，试样筒外壁环形凸缘紧靠试样筒固定座的阶梯形“U”形槽(图I、图2)。契型砂芯4放置在垫块25上方(图8)，由树脂砂或耐火泥制成，其有沉孔面紧贴试样筒放置(图I、图2、图8)，契型压紧块3插于契型砂芯契面侧并压紧(图I、图2、图8)，使得契型砂芯与试样筒紧密接触，共同形成“T”形试棒型腔10的“T”形头部(图I、图2)。砂箱后部填充粘土砂8，并在砂箱中成型“T”形试棒型腔10的尾部(图I、图2)。溃散浇ロ砂芯9中部开设有垂直浇道(图9)，位于砂箱上部(图I、图4、图8)，其中心距离试样筒固定座300 350mm。溃散浇ロ砂芯9具有在高温下快速溃散的特点，对“T”形试棒的凝固收缩影响较小，溃散浇ロ砂芯配方为(重量百分比)水玻璃4% (模数为2. 4 2. 6)，有机脂O. 2%，木屑1%，发泡聚苯こ烯颗粒1% (直径2 3mm)。砂箱造型时需要借助造型芯棒来成型“T”形试棒型腔，造型芯棒26为一圆柱形钢棒(图11),直径25 30mm,长度1000 1100mm,两端部均有盲孔，盲孔内径与拉杆11外径相同。支撑架I通过固定螺钉21与底座24连接，在砂箱造型时对造型芯棒26起辅助支撑和定位作用。图11表示了收缩应カ测试机构的外形及安装关系。拉杆11从砂箱尾部“U”形槽插入砂箱(图I、图2)，采用不锈钢制造，拉杆一端有ー缺ロ(图11)，可使凝固后的“T”形试棒与拉杆牢固結合，拉杆另一端固定于夹头13上，并采用夹头紧固螺钉12夹紧，夹头13通过连接杆14连接在移动传カ框15上(图I、图2、图11)。移动传カ框15为铸铁制造的方形 框，其底部通过滚动轴承22与支架20连接，使得移动传カ框15可以在支架20上水平移动(图I、图2、图11)。压カ传感器17固定在传感器支架16上，传感器支架16安装在移动传カ框15中部并通过固定螺钉21与底座24连接(图I、图2、图11)。调压螺杆18穿过移动传カ框15侧壁并与移动传カ框螺纹连接，调压螺杆18另一端与手轮19刚性连接，转动手轮19可使得调压螺杆18进入或退出移动传カ框15 (图I、图2、图11)。前述的试样筒5、拉杆11、连接杆14、压カ传感器17和调压螺杆18中心均要求与“T”形试棒型腔轴线重合(图I、图2)。图12表示了数据采样系统的连接方式，压カ传感器与动态应变仪连接，动态应变仪与模数转换器连接，模数转换器与计算机连接。本发明型砂退让性测试装置的测试过程，包括以下步骤
1)、将砂箱2通过定位销23固定于底座24上，调节手轮19，使调压螺杆18端部离开压力传感器17的承载面，将拉杆11有缺ロ端插入砂箱2尾部，另一端固定于夹头13上；
2)、将空试样筒5(未装入待测型砂试样)放置于试样筒固定座7内，将造型芯棒26通过试样筒5底部通孔水平插入砂箱2中，并使拉杆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的部分放置在支撑架I的“U”型槽内；
3)、在试样筒固定座7外侧填充粘土砂8，放置溃散浇ロ砂芯9，紧实砂型，平稳地抽出造型芯棒26，取出空试样筒5 ;
4)、采用标准锤击式制样机在试样筒5中制备待测型砂试样6，并将装有待测型砂试样6的试样筒5放入试样筒固定座7的“U”形槽底部；
5)、在砂箱2中依次放置垫块25和契形砂芯4，用契形压紧块3压紧契形砂芯4；
6)、传感器、动态应变仪、摸/数转换器初始化，测试软件參数初始化，调节手轮19，使得调压螺杆18对压カ传感器17的初始压カ进入设定范围；
7)、将保温到设定温度的金属液由溃散浇ロ砂芯9浇入“T”形试棒型腔10，同时计算机开始数据采集，到达设定时间后，计算机停止数据采集，保存测试数据并进行数据分析；
8)、调节手轮19，压カ传感器17卸载，清理砂箱2，取出“T”形试棒铸件，清理试样筒5，测试结束。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.型砂退让性测试装置，包括砂箱浇注系统、收缩应力测试机构和数据采样系统，所述砂箱浇注系统包括砂箱(2)，在砂箱(2)内设置有试样筒固定座(7)，能够装有待测型砂试样(6)的试样筒(5)放置于试样筒固定座(7)内，在试样筒(5)的一侧设置有契形砂芯(4)，契形砂芯(4)通过外侧的契形压紧块(3)压紧固定，在试样筒(5)的另一侧填充粘土砂(8)，所述契形砂芯(4)、待测型砂试样(6)、粘土砂型⑶组成“T”形试棒型腔(10)，溃散浇口砂芯(9)位于砂箱(2)上半部分，且溃散浇口砂芯(9)中部开设的垂直浇道与“T”形试棒型腔(10)连通；所述收缩应力测试机构包括拉杆(11)，拉杆(11)通过夹头(13)和连接杆(14)固定于移动传力框(15)上,压力传感器(17)位于移动传力框(15)中部，移动传力框(15)另一侧安装有调压螺杆(18)和手轮(19);所述数据采样系统包括用于采集“T”形试棒型腔内铸件应力变化的动态应变仪，所述压力传感器(17)与动态应变仪输入端连接，所述动态应变仪输出端依次连接模数转换器和计算机。
2.根据权利要求I所述的型砂退让性测试装置，其特征在于试样筒(5)顶部设有开口，底部设有通孔，待测型砂试样￠)中心设有一圆柱形空腔。
3.根据权利要求I所述的型砂退让性测试装置，其特征在于试样筒(5)外壁有两条凸起圆环，所述试样筒固定座(7)中部开设有阶梯形“U”形槽，所述试样筒(5)固定于试样筒固定座(7)的阶梯形“U”形槽。
4.根据权利要求I所述的型砂退让性测试装置，其特征在于契形砂芯(4)垂直面中部有一圆形沉孔，圆形沉孔直径小于试样筒(5)内径，且圆形沉孔与试样筒(5)轴线重合。
5.根据权利要求I所述的型砂退让性测试装置，其特征在于所述砂箱(2)通过定位销(23)固定于底座(24)上，在砂箱(2)的外侧，底座(24)上方设置有支撑架(1)，在支撑架(I)上开设有与“T”形试棒型腔(10)轴线重合的“U”型槽。
6.根据权利要求I所述的型砂退让性测试装置，其特征在于在契形砂芯(4)和契形压紧块(3)与底座(24)之间设置有起调整高度作用的垫块(25)。
7.根据权利要求I所述的型砂退让性测试装置，其特征在于拉杆(11)一端有缺口，伸入“T”形试棒型腔(10)内部，夹头(13)通过紧固螺钉(12)将拉杆(11)固定在夹头(13)上，夹头(13)通过连接杆(14)与移动传力框(15)连接。
8.根据权利要求I所述的型砂退让性测试装置，其特征在于在移动传力框(15)与支架(20)之间安装有滚动轴承(22)。
9.根据权利要求I所述的型砂退让性测试装置，其特征在于压力传感器(17)位于移动传力框(15)中部，水平固定于传感器支架(16)上，传感器支架(16)通过固定螺钉(21)与支架(20)连接。
10.根据权利要求I所述的型砂退让性测试装置，其特征在于调压螺杆(18)与移动传力框(15)采用螺纹连接，调压螺杆(18) —端顶在压力传感器(17)承载面中心，另一端与手轮(19)连接。
11.根据权利要求I所述的型砂退让性测试装置，其特征在于“T”形试棒型腔(10)、拉杆轴线(11)、连接杆(14)、压力传感器(17)、调压螺杆(18)均保持在同一轴线上。
全文摘要
本发明公开了一种型砂退让性测试装置，属于机械制造及材料技术领域。包括砂箱浇注系统、收缩应力测试机构和数据采样系统，所述砂箱浇注系统包括方形砂箱，装有待测型砂的试样筒放置于试样筒固定座内，并由契形砂芯和契形压紧块压紧固定，砂箱另一侧填充粘土砂，并设置一溃散浇口砂芯；所述收缩应力测试机构包括拉杆，拉杆通过夹头和连接杆固定于移动传力框上，压力传感器位于移动传力框中部，移动传力框另一侧安装有调压螺杆和手轮；所述数据采样系统包括动态应变仪，后依次连接模数转换器和计算机。本发明可以精确测量待测型砂在试棒凝固过程中的阻力变化特征，从而对型砂退让性进行评价，具有测试精度高、适应性强、使用方便等优点。
文档编号G01N33/38GK102672115SQ20121017382
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者侯俊, 王沛芳, 钱进, 饶磊 申请人:河海大学常州校区