[发明专利]铸造型砂塑性变形临界值的测试方法及实施该方法的系统

说明书

本发明涉及一项铸造型砂机械性能的测试方法及实施该方法的系统。

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项机械性能—型砂强度，且存在着测试精度不高的弊病。

高紧实度紧实方法的发展，除了对型砂强度有所要求外，更对型砂的粘弹性、塑韧性提出了要求和控制。型砂塑、韧性是衡量型砂性能的重要指标，它反应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，采用测量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落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。

Boenisch利用PSV型型砂测微仪，对型砂的剪切位移极限(ShearingDeformation 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，包括带有翻转塞的加压装置，配有压实器的测试装置，带有测量砂样物理性能紧实率的装置，测量型砂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。但上述装置和设备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能方便、准确的测定出一项新的型砂机械性能指标—塑性变形临界值的测试方法及实施该方法的系统。在这一系统中还可测出型砂在抗压、松弛过程中的应力—应变曲线及型砂的常规机械性能一型砂强度，以利于更好地评定和控制型砂的综合性能。

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一专门设计、组装的铸造型砂多种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，通过相应软件系统就可以得出砂样应力--应变曲线，应力--变形特征曲线σ-ε的峰值所对应的压应力(σ_m)即表示了砂样受压破裂时所能承受的最大压应力，根据力学和铸造工艺学的有关概念，这一正应力值即为该型砂的抗压强度。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，由监视系统控制，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弛，在显示打印系统中得到应力--时间的松弛曲线，随着松弛时间的延长，应力逐渐减小，并逐渐趋向一定值(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)的螺轮(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，蜗轮(3)转动一周，螺旋推杆(4)向前移动一个螺距；砂样夹持装置分左夹头(8)、右夹头(10)；信号检测计算机处置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)的档头(5)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，也可以进行一些简单的计算。