Устройство для определения предела прочности формовочных смесей на разрыв

Устройство для определения предела прочности формовочных смесей на разрыв

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик »972319 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.04.81 (21) 3284717/22-02 с присоединением заявки № —— (23) Приоритет—

1)М Клз

G 01 N 3/00

В 22 С 19/04

Гес)(дарствевлмв кемитет

СССР

53) УДК 621.742. .57 (088.8) Опубликовано 07.11.82. Бюллетень № 4!

Дата опубликования описания 07.11.82 по делам вэевретений и еткрмтвй (72) Авторы изобретения

ЦД 1 р; q

А. А. Зиньковский и В. Л. Деменко

- 1 :1 МЕАв

6И1эДЦОУсg<

Харьковский филиал Всесоюзного научно-исслед института литейного машиностроения, литейной технологии и автоматизации литейного производства (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА

ПРОЧНОСТИ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ НА РАЗРЫВ

Изобретение относится к испытанию материалов на прочность, в частности формовочных и стержневых смесей, используемых в литейном производстве.

При заливке расплавленного металла в форму происходит интенсивное испарение влаги в слое формовочной смеси, соприкасающемся с металлом. Эта влага затем конденсируется в более отдаленном слое смеси, имеющем меньшую температуру. В результате образуется переувлажненный слой смеси, прочность которого существенно уменьшается, что зачастую приводит к обвалам формы и к появлению брака отливок. Для изучения этого свойства смеси и для контроля смесей при изготовлении форм используются устройства для определения предела прочности формовочных смесей на разрыв в зоне конденсации влаги.

Известен прибор для определения прочности на разрыв формовочных и стержневых смесей, в котором испытуемый образец, сформированный в разъемной гильзе, подвергается одностороннему нагреву с помощью нагревателя, установленного на поворотной траверсе и прижимаемого к гильзе винтом. Длительность нагрева образца, регулируемая с помощью реле времени, подбирается таким образом, чтобы переувлажненный слой, образовавшийся за счет конденсации паров влаги, испарившейся из слоев, прилегающих к нагревателю, находился на уровне разъема гильзы. После этого подводится закрепленный на другом конце поворотной траверсы пневматический силовозбудитель и осуществляется разрыв образца. Результаты испытаний считываются по вакуумметру 11) .

В связи с тем, что положение переувлажненного слоя по отношению к месту разрыва образца в таком устройстве задается приблизительно (подбором длительности времени нагрева и температуры), то и точность определения прочности весьма низкая.

Кроме того, силоизмеритель, построенный на принципе измерения давления или разрежения в пневмоцилиндре, также дает значительные погрешности.

К недостаткам указанного устройства относятся также низкая производительность прибора, поскольку необходимо производить предварительную серию испытаний об972319

1О

25 зо

4О

55 разцов для выбора времени нагрева, чтобы обеспечить положение переувлажненного слоя смеси на уровне разъема гильзы (такие предварительные испытания необходимо проводить при изменении влажности испытуемых смесей или их состава), и наличие большого числа операций, выполняемых вручную, отсутствие автоматизации цикла измерения, что приводит к утомляемости оператора и снижению производительности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является прибор для определения прочности на разрыв сырой формоно,ной смеси типа PNZ, содержащий разъемную гильзу, в которой формуется станда ртный образец. К верхнему торцу гильзы прижимается приводом термонагреватель. Длительность нагрева задается с помощью реле времени. После окончания нагрева образца нагреватель поднимается пружиной и включается в работу силовозбудитель (пневматический цилиндр), который через рычаг создает нарастающее разрывное усилие на образце. Силоизмеритель манометрический определяет напряжение в образце по давлению в пневмоцилиндре. Максимальное усилие и, соответственно, предел прочности на разрыв, фиксируются с помощью дополнительной стрелки, запоминающей максимальное показание манометра.

Весь цикл осуществляется автоматически с помощью блока управления циклом (2) .

К недостаткам известного прибора относится невысокая точность измерения, поскольку настройкой времени нагрева можно лишь приблизительно добиться того, чтобы переувлажненный слой находился на уровне разъема гильзы. Для этого проводят серию предварительных испытаний образцов и добиваются изменением времени нагрева отсутствия мениска на границе разрыва образца. При столь приблизительном методе настройки, соответственно, невысока точность измерения. Кроме того, манометрический силоизмеритель со стрелкой, запоминающей максимальное значение, также имеет низкую точность измерения.

При изменении влажности или состава испытуемой смеси необходимо вновь производить настройку времени нагрева, осуществляя серию предварительных испытаний. Отсюда вытекают низкая производительность и необходимость изготовления большого числа образцов с идентичными свойствами.

Цель изобретения — повышение точности измерения и быстродействия.

Для достижения поставленной цели устройство для определения предела прочности формовочных смесей на разрыв в зоне конденсации влаги, содержащее разъемную гильзу, электронагреватель с приводом опускания и подъема, силовозлудитель, соединенные с соответствующими выходами блока управления циклом, силоизмеритель, снабжено электропроводящим щупом с неизолированным концом, причем щуп установлен в центре нагревателя и соединен через сопротивление с источником питания, соединенным также с гильзой, тензодатчиком, блоком сравнения, усилителем, цифро-аналоговым преобразователем, индикатором, двумя счетчиками, коммутатором, ключом и генератором, причем тензодатчик, щуп, блок управления через коммутатор соединены с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход через усилитель с ключом, соединенным также с выходом генератора и счетным входом первого счетчика, вход «Сброс» которого соединен с блоком управления, а выход— с входом цифро-аналогового преобразователя и индикатора, а ключ соединен также со счетным входом и входом «Сброс» второго счетчика, выход которого соединен с блоком управления.

Такое выполнение устройства позволяет автоматически определять время прогрева образца по моменту прохождения переувлажненным слоем уровня разъема гильзы, а также обеспечить автоматическое запоминание максимального значения напряжения в разрушаемом образце в цифровом виде.

На чертеже приведена схема устройства для измерения предела прочности формовочных смесей в зоне конденсации влаги.

Устройство содержит электропроводящий щуп 1, закрепленный в электронагревателе

2, имеющем привод 3 подъема-опускания.

Неизолированный конец щупа 1 находится на уровне разъема гильзы 4 и кольца 5. В гильзе 4 с кольцом 5 запрессован стадартный образец 6. К одному полюсу источника

7 питания подсоединена гильза 4, к другому — щуп I через резистор 8. Резистор 8 и сопротивление смеси между щупом 1 и корпусом гильзы 4 образуют делитель, который подключен на первый вход коммутатора 9. Второй вход последнего соединен с тензорезисторным датчиком 10. Счетчик 11 со счетным входом 12 и шиной 13 сброса подключен к блоку 14 управления циклом, выходы которого соединены с приводом 3 подъема-опускания нагревателя, силовозбудителем 15, управляющим входом коммутатора 9 и шиной 16 сброса АЦП 17.

АЦП 17 содержит элемент 18 сравнения, усилитель 19 рассогласования, выход которого соединен с управляющим входом ключа 20. Генератор 21 тактовой частоты через ключ 20 подсоединен к входу счетчика 22, кодовые выходы которого соединены с входами цифрового индикатора 23 и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП)

24, выход которого соединен с входом элемента 18 сравнения. Второй вход элемента 8 сравнения является входом АЦП.

972319

15 гс

25 зо

50

Устройство работает следующим образом

Разъемную гильзу 4 с заформованным образцом 6 устанавливают в устройство, нагреватель 2 приводом 3 прижимается к верхнему торцу гильзы, на котором находится отрывное кольцо 5. При этом щуп 1 внедряется в образец 6. По мере прогрева образца влага испаряется из слоев, прилегающих к нагревателю, и коднесируется в лежащем ниже (более холодном) слое.

Образуется переувлажненный слой, который с течением времени прогрева перемещается внутрь образца. По мере приближения этого слоя к неизолированному концу щупа 1 электрческое сопротивление смеси между щупом 1 и гильзой 4 уменьшается, что вызывает изменение напряжения на выходе делителя. Это напряжение через первое положение коммутатора 9 входов поступает на вход АЦП 17.. По мере роста это напряжение превышает напряжение с выхода ЦАП 24 на выходе элемента 18 сравнения появляется сигнал, который усиливается усилителем 19 сравнения, и на управляющем входе ключа 20 возникает открывающий сигнал. Очередной импульс с генератора 21 тактовой частоты проходит через ключ 20 на вход счетчика 22, число в котором возрастает на единицу, соответственно, на единичную ступеньку, увеличивается сигнал на выходе ЦАП 24, что вызывает изменение полярности сигнала на выходе элемента 18 сравнения, усилителя 19 сравнения и закрывание ключа 20. Если напряжение на входе АЦП 17 продолжает расти, то вновь произойдет описанный выше процесс, и на вход счетчика 22 поступит очередной импульс рабочей частоты. Таким образом происходит следящее аналого-цифровое преобразование. Очевидно, что чем быст- З5 рее растет напряжение на входе АЦП, тем выше частота рабочих импульсов на выходе

АЦП. В связи с этим можно использовать

АЦП как преобразователь скорости изменения аналогового сигнала в частоту. 40

С помощью счетчика 11 производится определение момента, когда период между импульсами рабочей частоы (на выходе

АЦП) превысит заданную наперед величину.

Действительно, на счетный вход 12 счетчика 11 поступают импульсы тактовой частоты с выхода АЦП. Если за время между двумя импульсами рабочей частоты счетчик

11 не успевает заполниться импульсами тактовой частоты, то его переполнения не произойдет и сигнал на выход не поступит. Но по мере увеличения времени между импульсами рабочей частоты наступит момент, когда счетчик переполнится и сформирует выходной сигнал.

При прогреве образца в гильзе, как было отмечено выше, сопротивление смеси меж- 55 ду щупом и гильзой 4 сначала уменьшается за счет конденсации все большего количества влаги, достигает минимальнои величины, Kol3d переувлажненный слой íàiî !HTcH на уровне неизолированного конца щупа и затем при движении переувлажненного слоя далее внутрь образца это сопротивление вновь начинает увеличиваться. В соответствии с этим изменяется напряжение на выходе делителя, что вызывает сначала увеличение рабочей частоты на выходе ALIH.

При приближении сопротивления смеси к минимуму в момент прохождения переувлажненным слоем уровня разъема гильзы эта частота уменьшается, а затем совсем исчезает, когда сопротивление смеси вновь начинает расти, поскольку АЦП выполнен нереверсивным (счетчик 22 нереверспвный) .

Соответственно, счетчик 11 сформирует выходной сигнал, когда все увеличивающееся время между импульсами рабочей частоты на выходе АЦП станет больше заданной величины. Это время задается емкостью счетчика 11 и выбором тактовой частоты на входе 12.

Таким образом, с помощью АЦП и счетчика 11 определяется момент достижения минимума сопротивления смеси на уровне разъема гильзы, т. е. момент нахождения переувлажненного слоя на этом уровне.

Цифровой индикатор 23 в этот период цикла не используется и может быть погашен.

При поступлении сигнала в момент нахождения переувлажненного слоя на уровне разъема гильзы со счетчика 11 на блок

14 управления циклом последний включает привод 3 подъема нагревателя 2, силовозбудитель 15, который создает нарастающее усилие отрыва на кольцо 5, которое воспринимается тензометрическим датчиком 10.

Одновременно производится сброс ALtH 17 по входу 16 и переключение коммутатора 9 входов, который отключает от АЦП делитель и подключает на вход АЦП тензометрический датчик 10.

По мере увеличения разрывающего усилия растет выходное напряжение на выходе тензометрического датчика 10. которое преобразуется АЦП в цифровую форму.

Процесс следящего преобразования описан выше. Поскольку на шину 13 сброса счетчика 11 непрерывно поступают импульсы рабочей частоты с выхода АЦП, то на выходе счетчика нет сигнала.

Когда происходит разрыв образца, резко уменьшается усилие на тензометрический датчик 10, соответственно, уменьшается напряжение на его выходе и исчезают импульсы рабочей частоты на выходе ALtH, поскольку последний выполнен нереверсивным. Это приводит к тому, что счетчик 11 переполняется и формирует сигнал с блока 14 управления циклом, который по этому сигналу выключает силовозбудитель. На этом цикл измерения заканчивается. Максимальное усилие, которое выдерживает образец перед разрывом, запонимается на цифровом индикаторе 23 в АЦП. Таким образом, приме,172319

Фа р.IJyiJ a изобретения

1

1 (1

1 !

Составитель О. Чернуха

Техред И. Верес Корректор Г. Огар

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская на 6., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Л. Леж33нна

Заказ 8060131

33е33ие нере13013н чино. o ;L),f! ио .Iii 173(:., 37 МаТИЧЕСКИ ЗаПОМ НИТЬ Ыа KCI! ЧУ M с ОЗ;а J! i3ого В образце напряжения. Эти, оказания могут храниться сколь угодно долго, гног,; быть переданы в ЭВМ для обработки; реги "гра3ции.

Предлагаемое устройство позво, ЛуЧИтЬ ряд ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ 31;с ществ по сравнению с прототипом.

Повышение точности измерения достигается тем, что прибор снабжен устройством, определяющим момент нахождения переувлажненного слоя на уровне разъема гильзы, а также за счет непосредственного измерения усилия, приложенного к образцу, с помощью тензорезисторного датчика и применения нерверсивного аналого-цифрового преобразователя для запоминания максимальной величины усилия. В известных приборах и прототипе усилие измеряется кос венно (по давлению в пневмоцилиндре), а запоминание максимальной силы производится с помощью запоминающей стрелки (которая всегда создает дополнительную погрешность измерения).

Повышение производительности устройства обусловлено наличием устройства, определяющего момент нахождения переувлажненного слоя на уровне разъема гильзы.

Благод Зря эточу отпадает необходимость в проведении предварительной серии испытаний образцов для регулировки времени нагрева (как это делается в прототипе) и в изготовлении для этой цели значительного числа образцов с идентичными характеристиками. Особенно значительное повышение производительности получается при частой смене состава или влажности смесей (например, при лабораторных исследованиях).

Цифровой отсчет показаний снижает вероятность ошибок при считывании результатов измерений. Получение результата в цифровой форме позволяет осуществить ввод его в ЭВМ для полследующей обработ ;i . и вывода на цифровую регистрацию, что также увеличивает производительность устройства, Устройство для определения предела

33роч33ости формовочных смесей на разрыв в зоне конденсации влаги, содержащее разъемную гильзу, электронагреватель с приводом опускания и подъема, силовозбудитель, l0 соединенные с соответствующими выходач3; блока управления циклом, силоизмеритель, отличающееся тем, что, с целью по.вышения точности измерения и быстродействия, оно снабжено электропроводящим щупом с неизолированным концом, причем щуп установлен е центре нагревателя и соединен через сопротивление с источником питания, соединенным гакже с гильзой, тензодатчиком, блоком сравнения. сил ителеч, цифро-аналоговым преобра-.ователем. индикатором, двумя счетчиками,кочмутатороч, ключом и генератором, причем тензо.натчик, щуп, блок управления через коч .; i;: тор соединены с первым входом бл3 ка гран нения, второй вход которого соединен : вгл ходом цифро-аналогового преобразоп".:— ля, а выход — через усилитель с ключ:;:. соединенным также с выходом генератора и счетным входом первого счетчика, вход

«Сброс» которого соединен с блоком управления, а выход — с входом цифро-аналогоз0 вого преобразователя и индикатора, а ключ соединен также со счетным входом и входом «Сброс» второго счетчика, выход которого соединен с блоком управления.

Источники информации, 35 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 159328, кл. G О! N 3/00, В 22 С 19/04, ! 957.

2. George Fisher Limited: адрес: Switzer iaiJd, 8201, Schaffhausen, Р.О. Вох. 685.