文档介绍：粘土湿型砂剪切变形功测试方法及其韧性评价
谢峰,黄天佑,吴浚郊
(清华大学机械系,北京 100084)
刘升迁,王海萍, 曲高波
(青岛天恒机械有限公司,青岛266721)
摘要:使用PLC控制的剪切变形功测试仪,记录型砂试样剪切变形过程的变形与强度变化,处理其结果得到剪切功,以表征型砂的韧性。研究了型砂紧实率、膨润土含量、制样锤击次数和淀粉加入量对试样剪切功的影响,并探讨剪切变形中不同阶段剪切功的意义。
关键词:型砂;韧性;剪切功;剪切强度;变形极限
The testings of the shear energy of moulding sand and the evaluations of its toughness
Xie Feng, Huang Tianyou, Wu Junjiao
(Tsinghua University, Beijing, China)
Abstract: A shear strength energy tester controlled by PLC is used to record deformation and shear strength of moulding sand samples, and the result obtained is then processed to calculate the shear energy, which is used to characterizing the sample’s toughness. pactability, bentonite content, starch content and rams are applied to explore their influence on shear energy of the samples. Shear energy of different phases in the shear process is also studied.
Key words: molding sand; toughness; shear energy; shear strength; deformation limit
前言
粘土型砂的性能是影响铸件质量的重要的因素之一。在自动化程度不高的手工或一般机器造型为主的工厂里,对型砂性能的控制通常仅仅测试型砂紧实率、水分、透气性和湿压强度这几个指标。而随着高密度造型方法的普及以及人们对铸件质量要求的提高,对型砂性能的监测和控制也提出了更高的要求。
韧性是型砂的重要性能之一。型砂若韧性不足,在起模、下芯和合型等过程中受到磕碰或震动时容易导致碰碎脱落,浇注时易出现冲砂,形成砂眼等缺陷;但若韧性过高,则型砂一般流动性差,影响型砂在造型过程中的充型。强度代表的是物体破坏时施加在单位面积物体上的力,而韧性则代表的是破坏物体所需要做的功,它包含了强度(力)和变形两方面的因素[1]。
最初评价韧性采用的是最简单的湿压强度与变形量的乘积,20世纪60年代Dietert等人研制出来落球法测定破碎指数,来表征型砂的韧性。落球式破碎指数测试仪如图1所示[2]。
为了更方便更准确地表征韧性,,简称型砂测微器,其原理如图2[3]。
图 1 落球式破碎指数测试仪图 2 Boenisch型砂测微器原理图
应用型砂测微器可以得到型砂的剪切应力S和变形量(变形极限)Vg(见图3)。根据不同型砂的剪切应力和变形极限,(见图4),可以对型砂的质量以及可能引起的铸件缺陷进行预测和改进[3]。
图 3 三种型砂的剪切应力与变形量关系
图 4 型砂质量诊断图
由于以上的型砂测微器采取机械方式测量,受人为操作影响较大,导致测量精度差,操作不便。为了克服上述缺点,清华大学和青岛天恒机械有限公司共同研制了型砂剪切变形功测试仪,采用压力传感器和位移传感器,可以同时测定型砂的剪切强度和变形极限,以表征型砂韧性。测试完成后,仪器可以自动显示结果,若需要则可以利用仪器的小型打印机将结果直接打印[4]。
韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力,也可以表述外界对材料所做的功,韧性越好,发生脆性断裂的可能性越小。由于剪切强度是变化的,而且在强度从零上升到最大值的过程中,上升曲线形状可能有很多种,如图5所示;尽管a、b、c三种型砂测试的最大位移和最大剪切强度都相同,但由于曲线上升路径的不同导致做功不同。所以,最大剪切强度与变形量的乘积无法准确表达不同情况下型砂破坏所需做功的差别,而以往的测试仪器只能测试最大强度和最大位移两个值,无法准确测