型砂检测装置

材料成型装备及自动化课程设计

题目：型砂智能化综合性能检测装置的设计

姓名：张杰

学号：26

班级:机电院12级材控01班

指导老师：吴和保老师

目录

1 绪论 (3)

1.1课程设计基本情况 (3)

1.2装置的总体设想与基本工作原理 (3)

2 试样制备与检测机构设计 (4)

2.1型砂性能检测的主要内容及其原理 (4)

2.2湿型砂的取样 (5)

2.3标准试样的制作 (5)

2.4湿型砂的力学性能检测 (5)

3 透气性检测机构设计 (7)

3.1型砂性能检测与控制的研究现状 (7)

3.2湿型砂的物理性能检测 (7)

4 夹具等部件的设计与校核 (9)

5 液压系统的设计与计算 (9)

5.1液压缸的设计计算与校核 (9)

6 图纸设计 (11)

7 小结 (19)

1 绪论

1.1课程设计基本情况

目前，粘土依旧是应用最为广泛的铸造方法。在粘土砂湿性铸造生产过程中，型砂的性能对铸件质量和废品率有很大影响，据资料统计，铸造车间的废品率有45%~55%是由型砂的成分变化和质量波动所引起的。日益加剧的市场竞争要求现代化的铸造企业必须生产出质量更好、可靠性更高、壁厚更薄、价格更低的近终形铸件。要想实现上述要求，必须严格控制砂型质量。

而铸造用粘土砂的强度及粘弹性、塑韧性的检测对造型过程、铸型尺寸精度及质量的控制有很大影响。对型砂强度的检测，多年来一直用手动杠杆式万能测试仪，它的加载速率不平稳，仪器测量精度低。近年来出现了液压驱动万能强度测试仪，用压力表读数或压力传感器及电测数码显示系统来测定砂样的强度，随着铸造生产的发展和现代科学的进步，一些传统的型砂性能概念和检测方法已不能满足当今铸造生产的需要。随着计算机技术和自动控制技术引入到铸造生产线上，大幅度提高了铸造车间的机械化和自动化程度。各种高效造型生产线的应用，大大提高了造型效率，要求混砂机的混砂效率相应的提高，对型砂性能和质量也提出了更加严格的要求。

由于型砂的性能和铸件的质量密切相关，在铸造生产过程中的铸造缺陷大部分是由型砂质量的原因造成的。它直接影响着铸造过程中铸型的质量、型腔的尺寸精度等，进而对铸件质量产生重要影响。型砂性能质量差，轻者降低铸件质量，重者直接导致铸件报废。型砂性能检测及控制是保证铸件质量的重要工艺手段之一。稳定了型砂性能，就为获得良好的铸件成品了提供了保障。这就使得型砂检测与控制环节在铸造生产中占有重要地位，一直受到铸造工作者的重视。而型砂质量控制在很大程度上取决于检测方法的先进性、科学性。迄今为止，人们已研制出了许多测试型砂性能的仪器，如测量型砂强度的万能强度测试仪；测量湿型砂抗拉强度用的热湿拉强度测试仪、SQL湿拉强度测试仪；测试型砂韧性的SRQ 型落球式破碎指数测验仪等。这些仪器均在一定程度上对型砂性能测控发挥了一定的作用，促进了铸造生产的发展。但本身都或多或少地存在着一些问题。有的测试值单一，不能全面衡量型砂性能的优劣；有的手动加载不平稳，是测试结果产生较大的误差；还有的测试方法不科学，不能反映型砂本质特征等。

总之，为了满足铸造业对优质铸件的要求，型砂质量控制必不可少，而型砂检测是关键目前，尽管我国已经在型砂性能检测机控制方面进行了不少研究，研制出了一批砂型性能检测和控制仪器及相关软件，但总体上仪器精度不够，测试和控制方面稳定性不够，需制定出更高的砂型性能检测系统来满足型砂铸造现代化生产需要。这就要求开发出一种手段先进、功能完善、能全面衡量型砂性能的全新检测设备。基于这种需要和现实要求，进行智能化型砂综合性能检测系统的研究的开发具有一定的学术价值及广阔的应用前景。

本文的主要研究内容是通过了解型砂紧实性、透气性、湿压强度等性能对型砂质量的影响，着重对型砂性能检测装置及其关键技术进行分析研究，设计一整套检测型砂紧实率、透气性、湿压强度等型砂性能的检测装置。

1.2装置的总体设想与基本工作原理

多年来，在自动化造型生产线上的工作人员以控制型砂的物理性能为主，如型砂水分、紧实率、透气性、含泥量及有效膨润土含量和旧砂温度、旧砂水分等。这次研究的总体设想是设计出一套自动化的检测装置，以满足现代企业生产线高质量、高效率的要求。

该装置分为六个方面的设计，即工作台阶的设计、透气性检测机构的设计、试样制备与检测机构的设计、夹具的设计、液压系统的设计、电驱动系统的设计，这六个方面形成一个统一的整体，以形成型砂综合性能检测的自动化。

其工作原理是通过上横梁安装的液压系统和电驱动系统，让紧实冲头压制100mm试样桶试样型砂，制成标准试样，检测其紧实率，然后将试样桶连带制备好的试样从紧实座上取出，将其倒安装在透气性检测装置上。其次，将造气桶上部的通气阀打开，提起钟罩，让钟罩内冲入一定的气体，放下钟罩，钟罩和透气性检测装置用软管连接，气体通过软管导入透气性检测装置中，通过测定一定时间内通过试样的气体量来表示其透气性。再将试样桶取出，用装置将试样小心顶出，检测其湿压强度。整个系统形成一套检测型砂紧实率、透气性、拉压强度的综合智能化装置。

2 试样制备与检测机构设计

2.1型砂性能检测的主要内容及其原理

一般来说，型砂性能可以分为型砂物理性能及机械性能。型砂物理性能的检测主要包括型砂透气性、砂温、含水量和紧实率等，型砂机械性能以前通常指型砂的各种湿强度、韧性的检测。其中，紧实率和湿压强度是最有代表性的型砂性能指标，而紧实率反映型砂混碾揉和程度和回性优劣，必须将它严格控制在工艺规范要求的范围内。

湿型砂的紧实率是和水分、强度、造型材料配比等指标均相关的一个综合参数。通过检测检测紧实率可以调整型砂中的加水量，把紧实率控制在一定的范围内即可保证水分的相对稳定性，同时可使型砂获得一定的湿压强度，韧性和流动性等综合性能。

目前国外普遍采用三锤制样机配合相应量具测定型砂紧实率，采用型砂硬度计测定型砂表面硬度，来间接表征铸件内部紧实度。国外多家铸造公司推出的紧实率在线检测仪，它们的测量原理和结构相似。瑞士GF-DISA公司的型砂多功能控制仪的前置环节是一台可快速测量紧实率和砂样强度的性能检测仪，通常安装在混砂机一侧，奔腾微机及相关软件构成主控单元，PLC控制的执行元件则依据控制信号调节水分和黏土的加入量，型砂多功能控制仪对比实测值与目标值，并考虑整碾砂的重量后，计算出水和黏土的加入量，从而实现有效控制，比传统筛选法水分控制仪具有更好的实用价值，并能进行全自动控制和检测，适用于·批量生产的间歇或连续混砂系统，但对混砂量、旧砂温度、旧砂湿度以及旧砂性能均要求具有相对稳定的状况。

型砂的紧实率是反映型砂紧实前后体积变化率的一个参数，被认为是能够反映型砂性能的综合性能指标。型砂紧实率除人工手握和观察颜色外，其最简便的方法就是采用“冲击试验法”。冲击试验法包括取样、过筛、定量、冲击、测量、计算等繁琐步骤。整个测量过程大约需要几分钟到十几分钟。这中间，远距离取样、过筛、测量、计算几个环节在测量过程中费时最多，占整个测量时间的90%以上、耗时过长和步骤繁琐严重阻碍了其在生产中的应用。

型砂紧实率快速测试仪是在对上述方法进行分析、改进的基础上提出并实现的。其原理是：测量开始时，取待测散沙装满试筒并刮平，然后通过液压和电动系统对冲头垂直施加压力，当压力达到某一定值P1时（P1>P2），砂样高度为h2，此时即按着如下公式计算得到紧实率η：