型砂性能測(cè)試用夾具的課程設(shè)計(jì)-大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

武漢工程大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)I鑄造型砂性能分析檢測(cè)方法概述1.1、鑄造型砂性能檢測(cè)的主要內(nèi)容一般來(lái)說(shuō)，型砂性能可以分為型砂物理性能及機(jī)械性能。型砂物理性能的檢測(cè)主要包括型砂透氣性、砂溫、含水量和緊實(shí)率等，型砂機(jī)械性能以前通常指型砂的各種濕強(qiáng)度、韌性的檢測(cè)。其中，緊實(shí)率和濕壓強(qiáng)度是最有代表性的型砂性能指標(biāo)，而緊實(shí)率反映型砂混碾揉和程度和回性優(yōu)劣，必須將它嚴(yán)格控制在工藝規(guī)范要求的范圍內(nèi)。濕型砂的緊實(shí)率是和水分、強(qiáng)度、造型材料配比等指標(biāo)均相關(guān)的一個(gè)綜合參數(shù)。通過(guò)檢測(cè)檢測(cè)緊實(shí)率可以調(diào)整型砂中的加水量，把緊實(shí)率控制在一定的范圍內(nèi)即可保證水分的相對(duì)穩(wěn)定性，同時(shí)可使型砂獲得一定的濕壓強(qiáng)度，韌性和流動(dòng)性等綜合性能。目前國(guó)外普遍采用三錘制樣機(jī)配合相應(yīng)量具測(cè)定型砂緊實(shí)率，采用型砂硬度計(jì)測(cè)定型砂表面硬度，來(lái)間接表征鑄件內(nèi)部緊實(shí)度。國(guó)外多家鑄造公司推出的緊實(shí)率在線檢測(cè)儀，它們的測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)相似。瑞士GF-DISA公司的型砂多功能控制儀的前置環(huán)節(jié)是一臺(tái)可快速測(cè)量緊實(shí)率和砂樣強(qiáng)度的性能檢測(cè)儀，通常安裝在混砂機(jī)一側(cè)，奔騰微機(jī)及相關(guān)軟件構(gòu)成主控單元，PLC控制的執(zhí)行元件則依據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)水分和黏土的加入量，型砂多功能控制儀對(duì)比實(shí)測(cè)值與目標(biāo)值，并考慮整碾砂的重量后，計(jì)算出水和黏土的加入量，從而實(shí)現(xiàn)有效控制，比傳統(tǒng)篩選法水分控制儀具有更好的實(shí)用價(jià)值，并能進(jìn)行全自動(dòng)控制和檢測(cè)，適用于·批量生產(chǎn)的間歇或連續(xù)混砂系統(tǒng)，但對(duì)混砂量、舊砂溫度、舊砂濕度以及舊砂性能均要求具有相對(duì)穩(wěn)定的狀況。型砂的緊實(shí)率是反映型砂緊實(shí)前后體積變化率的一個(gè)參數(shù)，被認(rèn)為是能夠反映型砂性能的綜合性能指標(biāo)。型砂緊實(shí)率除人工手握和觀察顏色外，其最簡(jiǎn)便的方法就是采用“沖擊試驗(yàn)法”。沖擊試驗(yàn)法包括取樣、過(guò)篩、定量、沖擊、測(cè)量、計(jì)算等繁瑣步驟。整個(gè)測(cè)量過(guò)程大約需要幾分鐘到十幾分鐘。這中間，遠(yuǎn)距離取樣、過(guò)篩、測(cè)量、計(jì)算幾個(gè)環(huán)節(jié)在測(cè)量過(guò)程中費(fèi)時(shí)最多，占整個(gè)測(cè)量時(shí)間的90%以上、耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)和步驟繁瑣嚴(yán)重阻礙了其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。型砂緊實(shí)率快速測(cè)試儀是在對(duì)上述方法進(jìn)行分析、改進(jìn)的基礎(chǔ)上提出并實(shí)現(xiàn)的。其原理是：測(cè)量開(kāi)始時(shí)，取待測(cè)散沙裝滿試筒并刮平，然后通過(guò)液壓和電動(dòng)系統(tǒng)對(duì)沖頭垂直施加壓力，當(dāng)壓力達(dá)到某一定值P1時(shí)（P1>P2），砂樣高度為h2，此時(shí)即按著如下公式計(jì)算得到緊實(shí)率η：上述過(guò)程中，由于試筒的幾何形狀與尺寸保持不變，因此P1一定，就是作用在砂樣上的壓強(qiáng)一定，也就是型砂試樣的初始密度一定，因而省卻了以往的過(guò)篩工序。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)施加壓力使之達(dá)到P2，則型砂試樣的高度由h1變化到了h2，亦即型砂試樣在壓力P2-P1的作用下從初始高度h1變化到了h2，高度相對(duì)變化量為（h2-h1）/h1。1.2、鑄造型砂強(qiáng)度檢測(cè)方法及原理濕壓強(qiáng)度是表示物體在飽水狀態(tài)下，抵抗外部壓力能力的物理量，以試樣受外力作用破壞時(shí)的應(yīng)力值來(lái)表示。型砂濕壓強(qiáng)度是一個(gè)單獨(dú)的性能項(xiàng)目，而且是最重要的一個(gè)性能項(xiàng)目。濕壓強(qiáng)度的測(cè)定方法：測(cè)定濕壓強(qiáng)度時(shí)，將制備好的濕壓試樣，置于預(yù)先裝置強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上的抗壓夾具上，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，逐漸加載于試樣上，直至試樣破裂，其強(qiáng)度值可直接從壓力表中讀出。測(cè)試抗拉強(qiáng)度時(shí)，同樣將制備好的8字型試樣置于型砂強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上的抗拉夾具上，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，逐漸加載拉力于試樣上，直至試樣斷裂，其強(qiáng)度值可直接從壓力表中讀出，即大致測(cè)出濕型砂的拉壓強(qiáng)度。1.3、鑄造型砂緊實(shí)率的檢測(cè)方法及原理對(duì)于粘土砂而言，型砂中的水分是影響型砂性能和質(zhì)量的最重要的因素之一，緊實(shí)率是表示型砂中粘土與調(diào)勻水的比例是否適當(dāng)并且適宜于造型的一種綜合性指標(biāo)。與水分有關(guān)，與其它成分也有著間接的聯(lián)系。一般認(rèn)為：緊實(shí)率反映型砂的可緊實(shí)性、韌性和水分的敏感性，即反映了型砂的調(diào)性程度，是濕型砂最重要的指標(biāo)之一。實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)檢測(cè)緊實(shí)率可以調(diào)整型砂中的加水量，把緊實(shí)率控制在一定的范圍內(nèi)即可保證水分的相對(duì)穩(wěn)定性，同時(shí)可使型砂獲得一定的濕壓強(qiáng)度、韌性和流動(dòng)性等最佳綜合性能。所謂型砂緊實(shí)率,就是受力面積保持不變時(shí)一定初始密度的型砂試樣在一定的壓力作用之下,緊實(shí)距離對(duì)緊實(shí)前高度的百分比。型砂緊實(shí)率是代表型砂性能的綜合技術(shù)指標(biāo)，但型砂緊實(shí)率的現(xiàn)有測(cè)試方法中，除了人工手握和觀察顏色之外。其最簡(jiǎn)便的測(cè)試方法就是“沖擊實(shí)驗(yàn)法”。其中，緊實(shí)率是用型砂試樣被緊實(shí)的前后其高度變化的百分比來(lái)度量的其方法，測(cè)定緊實(shí)率時(shí)，首先到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混碾完畢的型砂進(jìn)行取樣，然后回到試驗(yàn)室中通過(guò)漏斗型篩子（篩孔面積約5×5mm2〉在一定高度自由落滿型砂試驗(yàn)用的試筒，此時(shí)筒內(nèi)的型砂十分松散，其密度稱之為堆積密度，然后刮去筒頂多余型砂后，通過(guò)緊實(shí)沖頭的壓力壓緊，使砂樣高度從最初的H1變化為H2，最后測(cè)量出試筒中型砂高度的變形量。1.4、鑄造型砂透氣性檢測(cè)方法及原理測(cè)定原理由流體力學(xué)可知，通過(guò)試樣的空氣量Q(cm3)與通氣時(shí)間t(min)、試樣截面積A(mm2)以及試樣兩端的氣壓差P(cmH2O)成正比。其比例關(guān)系為：Q=K·t·P·A/H式中，K－為比例系數(shù)，代表透氣性；H－為試樣高度，這里H=50mm?？梢?jiàn)，K=Q·H/t·P·A故K可定義為：在1gf/cm2的壓力下，每分鐘通過(guò)面積為1cm2、高度為1cm的試樣的氣體量(cm3)。雖然K有量綱，但一般把它作為無(wú)量綱量。(2)測(cè)定步驟1）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定法①打開(kāi)閥帽6，取出阻流孔等附件。②調(diào)節(jié)調(diào)平腳14，使儀器處于水平位置。③向水筒4內(nèi)注入1%～2%的重鉻酸鉀水溶液，使鐘罩3上的“0”刻度線正對(duì)水筒4上沿。④把旋鈕9轉(zhuǎn)向“吸、放氣”位置，提起鐘罩3，然后將旋鈕9轉(zhuǎn)向“關(guān)”的位置。這時(shí)，鐘罩內(nèi)已經(jīng)充滿2000cm3的空氣。⑤將制好的標(biāo)準(zhǔn)試樣連同試樣筒一起放在試樣座8上，并封閉好。⑥將旋鈕9轉(zhuǎn)到“工作”位置，此時(shí)鐘罩內(nèi)的氣體在鐘罩自重的作用下，施于氣體10g/cm2的壓力。在此壓力下氣體將通過(guò)試樣。記錄下2000cm3氣體全部通過(guò)試樣所需要的時(shí)間及從微壓表11上讀出的壓力值。⑦將測(cè)得的時(shí)間和壓力值帶入公式計(jì)算出透氣性K。2）快速測(cè)定法與標(biāo)準(zhǔn)法不同，在試樣座8上，附加一阻流小孔，孔的大小有?1.5mm和?0.5mm兩種，當(dāng)透氣性小于50時(shí)用小孔。阻流小孔也與試樣一樣對(duì)氣體的通過(guò)其阻流作用。測(cè)定時(shí)，以微壓表11上讀出的壓力值代表到達(dá)試樣前的氣體壓力，壓力大小與阻流孔和試樣對(duì)氣體通過(guò)的阻力大小有關(guān)。當(dāng)阻流孔的尺寸一定時(shí)，其壓力只隨試樣對(duì)氣體通過(guò)的阻力大小而變化，即只隨透氣性而變化。壓力越低，說(shuō)明透氣性越好。依次與標(biāo)準(zhǔn)法對(duì)照，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，得出壓力和透氣性的換算關(guān)系，并將此關(guān)系以透氣性的數(shù)值直接刻在微壓表11的相應(yīng)位置。測(cè)定時(shí)，可直接從微壓表11上讀出透氣性，而不必等2000cm3的空氣全部通過(guò)試樣?？焖俜ǖ臏y(cè)定步驟與標(biāo)準(zhǔn)法基本相同，只要注意阻流孔的正確使用。測(cè)試裝置夾具設(shè)計(jì)計(jì)算2.1、砂型試樣壓制沖頭及連接夾具的設(shè)計(jì)：1）壓制沖頭和夾具受力沖頭受力F=PA=2MPa*19.6cm2=39.2KN夾具受力F=PA=0.5MPa*20.06cm2=10.03KN2）沖頭和夾具的截面積夾具的截面積S=5*3.3+3*7+1*5-1*3.2-3.3*2.8=20.06cm2沖頭的截面積S=π2.5*2.5=19.6cm2.3）繪制沖頭和夾具的圖形2.2、型砂制樣筒及底座的設(shè)計(jì)：1）制樣筒及底座的受力制樣筒受力F筒=F沖=39.2KN底座受力F底=F總=PA=2MPa*35.4cm2=70.8KN2）制樣筒及底座的截面積試樣桶的截面積S=8.8*10-5*10-2*0.9*8=23.6cm2底座截面積S=4*14-1*8.8-1*5-4*0.85*2=35.4cm23）繪制制樣筒及底座的圖形三、小結(jié)型砂主要指標(biāo)是緊實(shí)率，透氣性，含水量，抗壓強(qiáng)度，干拉強(qiáng)度等；本次裝置的主要目的是測(cè)量透氣性，抗壓強(qiáng)度，干拉強(qiáng)度，其中透氣性測(cè)量是借鑒的，但也讓我們了解了一些基本原理；本組主要是負(fù)責(zé)三維圖的繪制以及液壓缸的初步計(jì)算；我的主要工作是繪制試樣桶，緊實(shí)座，夾具等零件的三維圖，以及為最后的裝配做了一些必要的準(zhǔn)備工作，在繪制三維圖同時(shí)，我也對(duì)液壓缸的缸筒直徑，活塞桿直徑，缸筒壁厚的校核做了一些初步的計(jì)算，需要說(shuō)明的是這些工作是在我們一起討論合作中實(shí)現(xiàn)