一种测试砂型铸造型腔内与排气孔处压力对应关系的方法

摘要

一种测试砂型铸造型腔内与排气孔处压力对应关系的方法，步骤为：准备实验器材，实验器材包括砂型模具、高压气瓶、输气管、铜管、通气针及压力表；利用型砂将一根铜管密封固定到直浇道的中部，该铜管通过一根输气管与高压气瓶密封连通；利用型砂将另一根铜管密封固定到冒口上，该铜管通过一根输气管与一块压力表密封连接在一起；按照砂型模具上排气孔的数量选取同等数量的通气针、压力表和输气管；利用密封胶将通气针密封固定到排气孔内，该通气针通过一根输气管与一块压力表密封连接在一起；全部排气孔均按照前述方式进行装配；将高压气瓶输出压力调至5kPa，记录压力数据，获取砂型铸造型腔内与排气孔处压力对应关系；更换砂型模具，重复测试过程。

说明书

技术领域

本发明属于砂型铸造技术领域，特别是涉及一种测试砂型铸造型腔内与排气孔处压力对应关系的方法。

背景技术

铸造是将液态合金注入铸型中使之冷却、凝固来制备铸件的工艺方法，在各种类型的机械产品中，铸件占整机的重量比重较大，因此铸造是现代装备制造业的基础，也是机械工业的根本，在国民经济建设中占有重要地位。

砂型铸造是应用最为广泛的铸造方法，具有适应性广、成本低廉优点，砂型铸造在服务社会发展的同时，也会产生一些负面影响，例如环境污染、中毒、灼伤、爆炸事故等，而砂型铸造爆炸事故产生的社会影响最为恶劣，经常会会造成人员严重伤亡、经济重大损失、设备严重损坏。

例如，2012年2月20日，鞍钢集团一铸钢厂发生了砂型铸造爆炸事故，该事故造成13人死亡、6人重伤以及11人轻伤的严重后果。

砂型铸造爆炸事故的主要原因是：在浇注过程中，熔融金属遇水使水迅速汽化，其体积膨胀数千倍，巨大的压力在有限的空间内不能及时释放，从而导致爆炸事故的发生。

砂型铸造型腔内外出现积水的情况较明显且容易排查，因此由熔融金属遇积水导致的砂型铸造爆炸事故概率较低；但是为了使砂型具有一定的强度，在混砂的过程中会加入一定量的水分和固化剂；为了使铸件光面光洁，在砂型内表面也会刷某些涂料；因此，在正常的浇注过程中，砂型中的水分及添加剂或汽化，或与合金中的某些物质发生反应，从而在型腔中产生大量的气体；如果型腔内的气体不能及时排出，重则导致爆炸、喷溅事故的发生，轻则使铸件产生气孔缺陷。因此，测定型腔内气体压力，优化排气孔设计，对于预防砂型铸造爆炸事故、气孔缺陷具有重要意义。

由于不能直接将气压测试设备安放在型腔内表面，因为这样会导致型腔内表面型砂脱落，造成粘砂和夹渣缺陷，而目前通常是将气压测试设备直接安放到上砂型的排气孔中，并用排气孔处的压力来表示铸造型腔内的压力。但是，由于型砂的透气性以及排气孔设计等因素，使得排气孔处与型腔内的气体压力并不相等。因此，探究铸造型腔内与排气孔处对应的气体压力关系十分必要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种测试砂型铸造型腔内与排气孔处压力对应关系的方法，为获得砂型铸造型腔内压力与排气孔深度、孔径、位置的关系提供了有效手段，也为进一步优化排气孔设计提供了有效参考。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种测试砂型铸造型腔内与排气孔处压力对应关系的方法，包括如下步骤：

步骤一：准备实验器材，实验器材包括砂型模具、高压气瓶、输气管、铜管、通气针及压力表，高压气瓶数量为一个，铜管的数量为两个，砂型模具、输气管、通气针及压力表的数量若干；

步骤二：选取一个砂型模具、一根铜管和一条输气管，将铜管的一端与输气管一端密封固连在一起，将输气管另一端密封固连到高压气瓶的输气口上，然后将铜管的另一端插入砂型模具的直浇道中，最后利用型砂将铜管密封固定到直浇道的中部；

步骤三：选取一根铜管、一条输气管及一块压力表，将铜管的一端与输气管一端密封固连在一起，将输气管另一端与压力表密封固连在一起，然后将铜管的另一端通过砂型模具的冒口插入砂型铸造型腔内，最后利用型砂将铜管密封固定到冒口上；

步骤四：按照砂型模具上排气孔的数量选取同等数量的通气针、压力表和输气管；将通气针的一端与输气管一端密封固连在一起，将通气针另一端与压力表密封固连在一起，然后将通气针的另一端插入排气孔中，最后利用密封胶将通气针密封固定到排气孔内；全部排气孔均按照前述方式进行装配；

步骤五：开启高压气瓶，将高压气瓶输出的压力调至5kPa，记录下全部压力表的压力数据，最终获取砂型铸造型腔内与排气孔处的压力对应关系；

步骤六：更换砂型模具，重复步骤二至步骤五。

若干所述砂型模具上的排气孔具有不同的深度、孔径及位置。

所述排气孔由钢针在砂型模具上扎出而制得，且排气孔为不与砂型铸造型腔相通透的盲孔。

所述压力表采用具有自动存储功能的数字压力表。

所述砂型模具采用手工造型工艺或机器造型工艺制得。

本发明的有益效果：

本发明的测试砂型铸造型腔内与排气孔处压力对应关系的方法，为获得砂型铸造型腔内压力与排气孔深度、孔径、位置的关系提供了有效手段，也为进一步优化排气孔设计提供了有效参考。

附图说明

图1为实验器材组装后的示意图；

图2为实施例中砂型模具的剖面图；

图中，1—砂型上模，2—砂型下模，3—高压气瓶，4—输气管，5—铜管，6—通气针，7—压力表，8—直浇道，9—冒口，10—砂型铸造型腔，11—排气孔，12—浇口杯，13—直浇道窝，14—横浇道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种测试砂型铸造型腔内与排气孔处压力对应关系的方法，包括如下步骤：

步骤一：准备实验器材，实验器材包括砂型模具、高压气瓶3、输气管4、铜管5、通气针6及压力表7，高压气瓶3数量为一个，铜管5的数量为两个，砂型模具、输气管4、通气针6及压力表7的数量若干；

步骤二：选取一个砂型模具(如图2所示)、一根铜管5和一条输气管4，将铜管5的一端与输气管4一端密封固连在一起，将输气管4另一端密封固连到高压气瓶3的输气口上，然后将铜管5的另一端插入砂型模具的直浇道8中，最后利用型砂将铜管5密封固定到直浇道8的中部；

步骤三：选取一根铜管5、一条输气管4及一块压力表7，将铜管5的一端与输气管4一端密封固连在一起，将输气管4另一端与压力表7密封固连在一起，然后将铜管5的另一端通过砂型模具的冒口9插入砂型铸造型腔10内，最后利用型砂将铜管5密封固定到冒口9上；

步骤四：按照砂型模具上排气孔11的数量选取同等数量的通气针6、压力表7和输气管4；将通气针6的一端与输气管4一端密封固连在一起，将通气针6另一端与压力表7密封固连在一起，然后将通气针6的另一端插入排气孔11中，最后利用密封胶将通气针6密封固定到排气孔11内；全部排气孔11均按照前述方式进行装配；实验器材完成组装后如图1所示；

步骤五：开启高压气瓶3，将高压气瓶3输出的压力调至5kPa，记录下全部压力表7的压力数据，最终获取砂型铸造型腔10内与排气孔11处的压力对应关系；

步骤六：更换砂型模具，重复步骤二至步骤五。

若干所述砂型模具上的排气孔11具有不同的深度、孔径及位置。

所述排气孔11由钢针在砂型模具上扎出而制得，且排气孔11为不与砂型铸造型腔10相通透的盲孔。

所述压力表采用具有自动存储功能的数字压力表。当测试结束后，数字压力表可以将测得的压力数据导出。在数字压力表的底部设有进气口，压力气体通过进气口进入数字压力表，压力数值直接通过压力表上的液晶屏进行显示，压力表背部设有气体逸出孔。数字压力表配置是防护支架，可以使安装好的压力表保持悬空。输气管4可缠绕耐火隔热的石棉布进行防护。

所述砂型模具采用手工造型工艺或机器造型工艺制得，本实施例中的砂型模具采用手工造型工艺制得。

如图2所示，砂型模具分为砂型上模1和砂型下模2，排气孔11、冒口9及浇口杯12位于砂型上模1内，砂型铸造型腔10、直浇道窝13及横浇道14位于砂型下模2内，砂型上模1与砂型下模2通过直浇道8相连，浇口杯12与直浇道8相连，直浇道8与直浇道窝13及横浇道14相连，横浇道14与砂型铸造型腔10相连，砂型铸造型腔10与冒口9相连。

采用手工造型工艺制造砂型模具的流程为：首先将下砂箱放置在平板上，然后在下砂箱内放置铸件模型、横浇道模型及直浇道窝模型，再向下砂箱内填入型砂并捣实，最后用刮板刮平型砂；接下来，将下砂箱翻转180°，然后撒上分型砂，再在上面放置上砂箱，并将上下砂箱对齐，在上砂箱内放置浇口杯模型、直浇道模型和冒口模型，然后向上砂箱内填入型砂并捣实，最后用刮板刮平型砂；接下来，先在砂型上模1表面用钢针扎出排气孔11，再取出浇口杯模型、直浇道模型和冒口模型，然后移去上砂箱，再翻转180°后放平，并取出铸件模型、横浇道模型及直浇道窝模型，然后清理分型面，最后将上砂箱翻转180°对准下砂箱进行合箱。

在测试正式开始前，可以先检测砂型模具的透气性、强度、含水率、紧实率、砂温并记录备案，同时检测高压气瓶3和数字压力表是否正常工作。

在本实施例中，为了降低测试过程对砂型模具正常排气的影响，具有相同深度、孔径及位置的排气孔11均按两个进行制备，其中一个排气孔11用于测试，另一个排气孔11用于正常排气，两个排气孔11间距设为3mm。

在本实施例中，为了便于用型砂将铜管5密封在直浇道8的中部，可在直浇道8的底部或直浇道窝13处设置一个简易支架，防止型砂阻塞横浇道14。

当利用不同直径的钢针在砂型上模1扎出不同孔径的排气孔11时，可以通过测试来考察砂型铸造型腔10内与不同孔径排气孔11处的压力对应关系；当利用不同长度的钢针在砂型上模1扎出不同深度的排气孔11，可以通过测试来考察砂型铸造型腔10内与不同深度排气孔11处的压力对应关系；当利用钢针在砂型上模1的前部、中部、后部扎出相同规格的排气孔11时，可以通过测试来考察砂型铸造型腔10内与不同位置排气孔11处的压力对应关系；保持冒口9与砂型铸造型腔10连通，利用钢针在砂型上模1的中部扎出排气孔11，可以通过测试来考察铸造过程中冒口9对砂型铸造型腔10排气效果的影响。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。