CN1108389A - 铸造型砂塑性变形临界值的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种运用现代测试技术检测铸造型 砂机械性能的测试方法。其特征在于：将制好的标准 砂样装夹于铸造型砂多项机械性能测试系统中的砂 样夹持装置上，进行抗压加载测试。在加载过程中，当砂样所受应力值临近抗压强度σ_m之前任一位置，切断电源，停止加载，保持压力传感器的位置不变，使砂样在一定的应变下产生松驰，随着松驰时间的延长，应力逐渐减小，趋于一定值σ₈，此值即为该型砂的塑性变形临界值。这一指标对于评定型砂性能及控制铸件精度具有现实意义。

Description

本发明属于一项铸造型砂机械性能的测试方法。

型砂是一种复杂的介质，兼有粘、弹、塑性，在外力对其紧实过程中，不仅与紧实能级有关，还与紧实过程的时间因素有关，对于型砂机械性能的检测，较普遍使用的是强度仪，但一个砂样只能测得一个机械性能-型砂强度，且存在着测试精度不高的弊病。

高强度紧实方法的发展，除了对型砂强度有所要求外，更对型砂的粘、弹性、塑、韧性提出了控制和要求。型砂塑、韧性是衡量型砂性能的重要指标，其反映了型砂在外力作用下发生开裂破坏前能承受的冲击力和变形能力，曾用破碎指数作为型砂韧性的指标，采用的测试装置为钢球下落式的破碎指数仪（韧性指数仪），其过程是通过计算被钢球击碎的砂样留在筛网上和落入底盘的型砂重量的比值来衡量型砂的韧性，可见这种间接的测量方法无论在测试原理和过程上，还是在数据的精确和灵敏程度上，都令人置疑。

美国人曾用型砂震击韧性测试仪来测量型砂的韧性，其过程是：将砂样固定在托盘上，开动振动电机使托盘对砂样产生震击作用，直至砂样被破坏，数出震击次数并以此来衡量型砂的韧性，这种方法存在的问题也是比较明显的，因为砂样的这种破坏方式与实际生产中型砂的破坏方式出入很大，同时，更存在着测试稳定性差及精度较低的问题。

Beonisch利用PSV型型砂测微器，对型砂的剪切位移极限（Shearing Deformation Limit）进行了测量和研究。讨论分析了影响该变形量的各种因素和规律，并得出结果认为该变形量可以代表型砂的塑性，但是，由于多种原因，以上研究都没有对整个剪切过程中的应力和应变的变化过程加以测试和分析，因此掩盖了一些型砂本质特征，并且存在紧实方法和测试精度等方面的问题。

美国专利US4.930.354公开了一种测试铸造型砂性能的设备，包括带有翻转筛的加压装置，配有压实器的测试装置，带有测量砂样物理性能紧实率和湿度的传感器及测量型砂抗压强度的传感器的检测装置。美国专利US4，442.884公开了一种自动连续测量型砂剪切强度的工艺和设备。但上述装置都存在着测量的型砂机械性能对象单一、测量手段不完备等问题。

本发明的目的就是提供一种测试方法，在一个铸造型砂多项机械性能的测试系统中，能方便、准确地测定出型砂的塑性变形临界值来，以便为全面地评定型砂的综合机械性能提供一个重要参数。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

将制好的标准砂样装夹于铸造型砂多项机械性能测试系统中的砂样夹持装置上，进行抗压加载测试。在加载过程中，控制对置于夹头间砂样的加压速度，以得到平稳的加载效果。测试系统中，用压力响应装置来监视被测砂样的受力状态，位移响应装置监视被测砂样的相对位移量，再通过A/D转换把得到的电压模拟信号进行转换输入计算机，通过相应的软件系统就可以得出砂样应力-变形曲线，得到砂样所能承受的最大正应力-抗压强度。然后，制取同样的标准砂样进行类似的抗压加载测试，在砂样加载过程中，当应力值临近抗压强度之前的任一位置，切断电源，停止加载，保持压力传感器的位置不变，使砂样在一定的应变下产生松驰，随着松驰时间的延长，应力逐渐减小，并逐渐趋向于一定值σ_s，此值即为该型砂的塑性变形临界值。

本发明所涉及的铸造型砂多项机械性能测试系统包括：平稳加载装置、砂样夹持装置、信号检测计算机处理装置。平稳加载装置由低转速小功率电机（1）、蜗杆（2）、带有内螺纹并安有螺旋推杆（4）的蜗轮（3）组成，微型低转速小功率电机（1）通过皮带传动，将力加到蜗杆（2）上，蜗杆（2）带动蜗轮（3）转动，涡轮（3）转动一周，螺旋推杆（4）向前移动一个螺距，砂样夹持装置的夹头分左夹头（8）、右夹头（10），信号检测计算机处理装置由标准信号压力传感器（7）、标准信号位移传感器（6）、A/D转换卡、主机、打印机组成，压力传感器（7）及位移传感器（6）的挡头安装在螺旋推杆（4）上，压力传感器（7）与左夹头（8）相接，检测到的标准信号经A/D转换卡进入计算机;打印机与主机连接，可以打印出测试曲线、测试参数以及各种分析图表。

检测数据文件程序主要是控制采样周期，驱动A/D转换程序，读取测试结果并存盘，也可进行一些简单的计算。

检测采样A/D转换程序主要是将A/D卡转换得到的数字量进行采集，并储存在特定的内存区域，以备存盘调用。

数据处理程序主要是将存盘后的数据进行分析处理，绘出曲线，得出所需计算的参数，并打印出结果。该部分是在理论分析的基础上，对所得数据进行处理、计算，得出所要求的参数。

本发明采用的检测方法其优点在于它运用了现代测试技术和测试手段，通过对标准砂样的测试，能迅速准确地给出一个反映被测型砂本质机械性能的特征指标-塑性变形临界值，即被测标准砂样的粘弹性变形应力极限，这一值与检测过程中的停机位无关，即在对应的测试曲线σ-t上AM之间的任一点B′停机，都会得到相同的塑性变形临界值σ_S。从建立起来的型砂流变模型所得到的松驰方程：

σ＝（σ_o-σ_s）e^-nt+σ_s

可以看到，随着松驰时间的延长，砂样的应力趋向塑性变形临界值σ_s，它与检测过程的停机位无关。因而，从流变学理论及实测结果都论证了这一发明是对客观规律的新的揭晓。塑性变形临界值表征了型砂受外力状态下抵抗塑性变形的能力，是防止砂型型壁移动、再紧实变形的一项性能指标，也是与型砂回弹性能有直接关系的特征指标，对铸件尺寸精度的控制将有现实意义。

本发明的方法和实施该方法的系统可参考附图详细说明：

图1为该测试系统采样部分主视图

图2为电机、蜗轮、蜗杆的主视图

图3为应力-应变的特征曲线

图4为松驰检测曲线

图5为建立文件程序框图

图6为A/D转换程序框图

图7、图8为数据处理程序框图

在图3中：

σ_m表示了砂样抗压过程中所能承受的极限应力，代表了型砂的抗压强度。

在图4中：

σ_s表示了砂样抗压过程中粘弹性变形的应力极限：压应力小于此值之前，砂样仅产生粘弹性变形，压应力超过此值后，砂样将产生粘塑性变形。因此，称σ_s为塑性变形临界值。

实施例：

用碾轮式混砂机混制测试用型砂，所用原砂为大林标准砂，标号为：NBS55/100，粒度规格见下表：

筛号

>28

45

55

75

100

150

200

含泥量

残留量％

<2

<13

18－23

40－46

13－17

<8

<3

<0.5

所用粘土为黑山钙基膨润土，具体混砂工艺如下：

原砂+粘结剂→干混4分钟→加适量的水→湿混8分钟→出砂性，回性时间为24小时，测试前，将回性过的型砂用网眼0.25英寸的筛子（0.794cm）进行筛制，控制到所要求的紧实率，砂样高度为50±0.2mm，将制好的砂样从样筒中取出，放置于系统中的夹头间。

为了得到平稳加载的状态，消除系统的误差，在加载过程中，要控制对置于夹头间的砂样的加压速度，在抗压测试时，用压力响应装置来监测被测砂样的受力状态，位移响应装置监测被测砂样的相对位移量，由压力传感器及位移传感器采集的信号，通过A/D转换，把得到的电压的模拟信号转换成计算机可以接收和储存的数字量，将A/D卡插在主机（APPLE-Ⅱ）4^＃槽内，将信号线接在模拟开关任何两个通道上，通过汇编语言完成对A/D转换的控制，并将采样所得的数据存于内存中，然后通过驱动器进行存盘，以备调用，通过相应的软件系统就可以得出所测的应力-时间曲线、应变-时间曲线及应力-应变曲线。

由一个标准砂样的加载抗压测试结果，通过图7所示的数据处理程序，可得到该型砂的σ-ε曲线及抗压强度σ_m（见图3）。然后，再制取同样的标准砂样置于夹头间进行类似的加载检测，当砂样加载至所受压应力临近抗压强度σ_m之前的任一位置（σ-t曲线上AM之间的任一点B′。此处，A点为砂样粘弹性线性变形的终点），切断电源，保持压力传感器位置不变，使砂样在一定的应变下产生松驰，随着松驰时间的延长，应力逐渐减小，趋于一定值σ_s，此值即为型砂的塑性变形临界值。在松驰检测过程中，其测值结果是通过图8所示的数据处理程序来得到相应的应力-时间曲线σ-t、应变-时间曲线ε-t及σ_s值的。

在平稳的加载过程中，利用一台转速为70rpm，功率为15W的微型低速电机、电机正反转可逆，利用皮带传动，将力加到蜗杆（2）上，蜗杆（2）带动蜗轮转动，蜗轮（3）转动一周，螺旋推杆（4）向前移动一个螺距，砂样夹持装置的夹头分左夹头（8）、右夹头（10），信号检测计算机处理装置由标准信号压力传感器、标准信号位移传感器、A/D转换卡（该卡由8位缓冲器74LS174、2716EPROM、6D触发器74LS174、12位数模转换AD7521以及反向器、比较器、16通道模拟开关4067等组成）、主机（APPLE-Ⅱ）、打印机组成，压力传感器及位移传感器的挡头安装在螺旋推杆（4）上，压力传感器（7）与左夹头（8）相接，被测信号经A/D转换卡送入主机，打印机与主机（APPLE-Ⅱ）联接，可以打印出测试曲线、测试参数以及各种分析图表。

测试结果如下：

Claims (1)

1. 一种铸造型砂塑性变形临界值的测试方法，其特征在于：将制好的标准砂样装夹于铸造型砂多项机械性能测试系统中的砂样夹持装置上，进行抗压加载测试，得到其最大压应力-抗压强度；然后，将同样的标准砂样置于夹头间进行类似的加载测试。在加载过程中，当砂样所受应力值临近抗压强度之前任一位置，切断电源，停止加载，保持压力传感器的位置不变，使砂样在一定的应力下产生松驰，由此得到该型砂的塑性变形临界值。

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