砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系的测试方法

1.本发明属于砂型铸造技术领域，具体涉及一种砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系的测试方法。


背景技术：

2.铸造历史悠久，在国民经济和社会发展中占据重要地位。其中，砂型铸造不受铸件尺寸、铸件结构形状及复杂程度、铸件生产批量等方面的限制，是铸件生产的主要方法，砂型铸造所生产出的铸件约占铸件总产量的80％～90％。
3.砂型铸造过程中使用的熔融金属温度很高，例如生产铸钢件的熔融金属温度可达1600℃，高温熔融金属蕴含的能量巨大。对于湿型砂铸造过程，如果浇注过程中型腔内含有积水，高温熔融金属遇积水后使水的温度迅速升高汽化、体积瞬间膨胀，大量的气体在有限的空间内不能及时释放，就会导致爆炸事故；或型砂含水率较高，熔融金属的能量经热传导作用传输至砂型，使型砂温度升高、型砂含有的水分汽化，也会导致爆炸事故的发生。
4.砂型铸造爆炸事故的主要原因之一是：熔融金属的能量经热传导作用传输至砂型，使型砂温度升高，型砂中的粘接剂、固化剂、涂料等材料汽化、热解产生气体，如果产生的气体汇聚在型腔内不能及时排出，就会导致爆炸事故。熔融金属温度越高，砂型温度升高的越快，型砂中的粘接剂、固化剂、涂料等材料汽化、热解产生气体的速度越快，发生爆炸事故的概率也越大。因此，对砂型温度进行测定，准确把握砂型温度变化，对于防止砂型铸造爆炸事故具有重要意义。
5.砂型铸造过程中，砂型温度测试一般采用热电偶。现场实际铸造时，为了节约成本，一般是采用比热电偶外径更大的钢针制作测温孔，将热电偶插入测温孔中测得砂型的近似温度。但是，由于熔融金属的热传导作用，使得砂型温度升高，型砂中的粘接剂、固化剂、涂料等材料汽化、热解产生气体。例如，对于树脂砂而言，铸造过程中型砂中的粘接剂、固化剂、涂料等材料热解可产生ch4、co等气体；如果砂型中存在测温孔，ch4、co等气体将从测温孔逸出，并带走部分能量；如果此时砂型测温孔周围的熔融金属尚未冷却，从砂型测温孔逸出的ch4、co等气体可能会被点燃。由此可见，将热电偶插入测温孔中测得的砂型温度并不准确，不是砂型的实际温度，且熔融金属温度越高，测得的温度偏差越大。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系的测试方法，以解决现有砂型测温孔处测试温度不准确的问题。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系的测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
9.步骤s1，准备实验器材和材料；
10.步骤s2，根据实验器材和材料制作砂型，制作砂型时埋入热电偶，并采用钢针在邻
近埋入位置处扎制测温孔，埋入的热电偶与铸件之间的距离和测温孔与铸件之间的距离相同；
11.步骤s3，在测温孔内插入热电偶，插入测温孔的热电偶和埋入的热电偶均与温度记录仪电性连接，开启温度记录仪；步骤s4，对砂型进行熔融金属浇注，温度记录仪实时记录插入测温孔的热电偶和埋入的热电偶的温度；
12.其中，分别改变熔融金属的浇注温度、热电偶的埋入位置与铸件之间的距离、钢针的直径和钢针的长度这四个参数中的一种，其他三个参数不变，对应获得不同浇注温度、不同测温孔位置、不同测温孔孔径和不同测温孔深度下，砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
13.可选地，步骤s2中，热电偶的埋入数量为一个，测温孔对应设置一个；步骤s3中，插入测温孔的热电偶数量为一个；步骤s4中，浇注时分别设定熔融金属的不同浇注温度进行浇注，由此获得不同浇注温度下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
14.可选地，步骤s2中，热电偶的埋入数量为多个，多个热电偶的埋入位置与铸件之间的距离不同，测温孔对应设置多个，多个测温孔采用多个相同直径、相同长度的钢针扎制而成，每个测温孔与铸件之间的距离和对应埋入的热电偶与铸件之间的距离相同；步骤s3中，插入测温孔的热电偶数量为多个，分别对应插入多个测温孔内；经过步骤s4后获得不同测温孔位置下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
15.可选地，步骤s2中，热电偶的埋入数量为多个，多个热电偶的埋入位置与铸件之间的距离相同，测温孔对应设置多个，多个测温孔采用多个不同直径、相同长度的钢针扎制而成，每个测温孔与铸件之间的距离和对应埋入的热电偶与铸件之间的距离相同；步骤s3中，插入测温孔的热电偶数量为多个，分别对应插入多个测温孔内；经过步骤s4后获得不同测温孔孔径下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
16.可选地，步骤s2中，热电偶的埋入数量为多个，多个热电偶的埋入位置与铸件之间的距离相同，测温孔对应设置多个，多个测温孔采用多个相同直径、不同长度的钢针扎制而成，每个测温孔与铸件之间的距离和对应埋入的热电偶与铸件之间的距离相同；步骤s3中，插入测温孔的热电偶数量为多个，分别对应插入多个测温孔内；经过步骤s4后获得不同测温孔深度下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
17.可选地，步骤s1中，实验器材包括砂箱，实验材料包括制作砂型所需的原砂、粘接剂、固化剂、涂料，其中，砂箱包括上砂箱、下砂箱和模具；步骤s2具体为，采用砂箱、原砂、粘接剂、固化剂、涂料制作上砂型和下砂型，制作下砂型时埋入热电偶，并采用钢针在邻近埋入位置处扎制测温孔。
18.可选地，步骤s2中，采用手工造型工艺制作上砂型和下砂型。
19.可选地，步骤s2中，测温孔的孔径不小于热电偶的外径，测温孔到铸件的最小距离不小于砂型铸造的最小壁厚。
20.可选地，步骤s2和步骤s3中，热电偶的测温范围均为0-1800℃；步骤s3中，每个热电偶均通过连接导线与温度记录仪电性连接，且连接导线的外部包裹有石棉布。
21.可选地，步骤s4具体为：采用熔炼的熔融钢水对砂型进行浇注，温度记录仪实时记录插入测温孔的热电偶和埋入的热电偶的温度。
22.有益效果：
23.本发明的测试方法，通过制作砂型时埋入热电偶，用于测试该处的实际温度，并在邻近埋入位置处扎制测温孔，在测温孔内插入热电偶用于测试该处的近似温度，通过对砂型进行熔融金属浇注，可以获得测温孔处温度(即近似温度)与实际温度的对应关系；进一步地，改变熔融金属的浇注温度、热电偶的埋入位置与铸件之间的距离、钢针的直径和钢针的长度这四个参数中的一种，其他三个参数不变，对应获得不同浇注温度、不同测温孔位置、不同测温孔孔径和不同测温孔深度下，砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系，进而为后续优化砂型配比提供参考。本发明的测试方法操作简单，能够准确测试砂型的温度，对于防止砂型铸造爆炸事故具有重要意义。
附图说明
24.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
25.图1为本发明根据一些实施例提供的砂型的剖面结构示意图；
26.图2为本发明根据一些实施例提供的砂型的平面示意图；
27.图3为本发明根据一些实施例提供的热电偶的结构示意图；
28.图4为本发明根据一些实施例提供的温度记录仪的结构示意图。
29.图中标号：1-上砂型；2-下砂型；3-浇口；4-直浇道；5-直浇道窝；6-横浇道；7-铸件；8-分型面；9-测温孔；10-埋制热电偶，11-连接导线；12-温度记录仪。
具体实施方式
30.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.针对现有技术中将热电偶插入测温孔中测得的砂型温度并不准确，不是砂型的实际温度，且熔融金属温度越高，测得的温度偏差越大。为此，为了准确测试浇注过程中砂型温度，在制作砂型时将热电偶埋入砂型内，埋入的热电偶(即埋制热电偶10)测定的温度即为该处砂型的实际温度，关于砂型测温孔处温度与实际温度的对应关系，目前未有相关的研究报告。基于此，本发明提供了一种砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系的测试方法。
33.本发明的砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系的测试方法，包括以下步骤：
34.步骤s1，准备实验器材和材料；
35.步骤s2，根据实验器材和材料制作砂型，制作砂型时埋入热电偶(即埋制热电偶10)，并采用钢针在邻近埋入位置处扎制测温孔9，埋入的热电偶(即埋制热电偶10)与铸件7之间的距离和测温孔9与铸件7之间的距离相同；
36.步骤s3，在测温孔9内插入热电偶，将插入测温孔9的热电偶和埋入的热电偶(即埋制热电偶10)均与温度记录仪12电性连接，开启温度记录仪12；
37.步骤s4，对砂型进行熔融金属浇注，温度记录仪12实时记录插入测温孔内的热电偶和埋入的热电偶(即埋制热电偶10)的温度；
38.其中，分别改变熔融金属的浇注温度、热电偶的埋入位置与铸件之间的距离、钢针的直径和钢针的长度这四个参数中的一种，其他三个参数不变，对应获得不同浇注温度、不同测温孔位置、不同测温孔孔径和不同测温孔深度下，砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
39.需要说明的是，在对砂型进行熔融金属浇注之前，按照《公共场所卫生检验方法第1部分：物理因素》(gb/t 18204.1-2013)标准中所述方法对空气温度进行测量，同时采用温度记录仪12对空气温度进行测量，并根据标准测量结果对温度记录仪12进行校正。温度记录仪12具有自动存储功能，且存储的数据可导出，存储的数据可以通过u盘或usb数据线导出。在对砂型进行熔融金属浇注的过程中，温度记录仪12能够实时记录并自动存储测温孔9内的热电偶和埋入的热电偶(即埋制热电偶10)测定的温度，后续导出便可获得不同条件下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
40.本发明的测试方法，通过制作砂型时埋入热电偶(即埋制热电偶10)，用于测试该处的实际温度，并在邻近埋入位置处扎制测温孔9，在测温孔9内插入热电偶用于测试该处的近似温度，通过对砂型进行熔融金属浇注，可以获得测温孔处温度(即近似温度)与实际温度的对应关系；进一步地，改变熔融金属的浇注温度、热电偶的埋入位置与铸件之间的距离、钢针的直径和钢针的长度这四个参数中的一种，其他三个参数不变，对应获得不同浇注温度、不同测温孔位置、不同测温孔孔径和不同测温孔深度下，砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系，进而为后续优化砂型配比提供参考。本发明的测试方法操作简单，能够准确测试砂型的温度，对于防止砂型铸造爆炸事故具有重要意义。
41.本发明具体实施例中，步骤s1中，实验器材包括砂箱，实验材料包括制作砂型所需的原砂、粘接剂、固化剂、涂料，其中，砂箱包括上砂箱、下砂箱和模具；步骤s2具体为，采用砂箱、原砂、粘接剂、固化剂、涂料制作上砂型1和下砂型2，制作下砂型2时埋入热电偶(即埋制热电偶10)，并采用钢针在邻近埋入位置处扎制测温孔9。
42.需要说明的是，砂箱提供有多个，以用于不同条件下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系的测试。
43.当然地，实验器材还包括有钢针、热电偶、温度记录仪12，其中，钢针提供有多个，多个钢针中具有直径不同或长度不同的钢针，热电偶提供有多个，以供后续测试实验使用。
44.由于砂型铸造所采用的熔融金属(比如熔融钢水)温度可达1600℃，则需要选择合适量程的热电偶。可选地，步骤s2和步骤s3中，热电偶的测温范围为0-1800℃。
45.本发明可选实施例中，步骤s2中，采用手工造型工艺制作上砂型1和下砂型2。
46.下面结合如图1和图2所示的砂型结构图对手工造型工艺进行详细说明。具体地，将下砂箱放置在平板上，铸件7模具、横浇道6模具、直浇道窝5模具放置在下砂箱内的平板上，将热电偶(即埋制热电偶10)、钢针固定在下砂箱指定位置(该位置根据实际情况来确定，埋制热电偶10与铸件7之间的距离和钢针与铸件7之间的距离相同)，向下砂箱内填入混制好的型砂并捣实，用刮板沿下砂箱刮平型砂；将下砂箱翻转180
°
并撒上分型砂，将上砂箱对齐放置在下砂箱上，在上砂箱内放置直浇道4模具，向上砂箱内填入混制好的型砂并捣实，用刮板刮平型砂；取出直浇道4模具，移去上砂箱翻转180
°
放平；取出铸件7模具、横浇道
6模具、直浇道窝5模具，清理分型面8并修复砂型；型砂凝固后，将上砂箱翻转180
°
与下砂箱进行合箱；如此便可制作得到上砂型1和下砂型2。
47.步骤s2中，测温孔9的孔径不小于热电偶的外径，以便于热电偶能够顺利地插入测温孔9内。
48.如图1所示，铸件7前端面、后端面距离铸件7中心面的距离均为l；埋制热电偶10到铸件7的最小距离为a；测温孔9到铸件7的最小距离为c；埋制热电偶10、测温孔9到铸件7中心面的距离均为b；测温孔9到铸件7的最小距离c不小于砂型铸造的最小壁厚。如此的结构设置，可以有效地避免熔融金属浇注时熔融金属对测温孔9造成影响。
49.如图3和图4所示，本发明具体实施例中，步骤s3中，每个热电偶(包括插入测温孔9内的热电偶和埋制热电偶10)均通过连接导线11与温度记录仪12电性连接，且连接导线11的外部包裹有石棉布。此处连接导线11采用耐火耐热的石棉布包裹，可以起到对连接导线11防护的作用。
50.本发明可选实施例中，步骤s2中，热电偶(即埋制热电偶10)的埋入数量为一个，测温孔9对应设置一个；步骤s3中，插入测温孔9的热电偶数量为一个；步骤s4中，浇注时分别设定熔融金属的不同浇注温度进行浇注，由此获得不同浇注温度下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
51.实际生产过程中，熔融钢水的浇注温度可选为1550-1640℃，本发明具体实施例中，步骤s4中，熔融金属为熔炼的熔融钢水，步骤s4具体为：分别设定熔炼的熔融钢水温度为1550℃、1580℃、1610℃、1640℃，浇注过程熔融钢水按照浇口3、直浇道4、横浇道6、铸件7的方向流动，直至熔融钢水充满铸件7与直浇道4，温度记录仪12实时记录插入测温孔9的热电偶和埋入的热电偶(即埋制热电偶10)的温度，由此获得不同浇注温度下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
52.通过测试结果可知，熔融钢水温度越高，砂型铸造测温孔处温度(即近似温度)与实际温度(即埋制热电偶10测定的温度)的差值越大。
53.本发明的可选实施例中，步骤s2中，热电偶(即埋制热电偶10)的埋入数量为多个，多个热电偶(即埋制热电偶10)的埋入位置与铸件7之间的距离不同，测温孔9对应设置多个，多个测温孔9采用多个相同直径、相同长度的钢针扎制而成，每个测温孔9与铸件7之间的距离和对应埋入的热电偶(即埋制热电偶10)与铸件7之间的距离相同；步骤s3中，插入测温孔9的热电偶数量为多个，分别对应插入多个测温孔9内；经过步骤s4后获得不同测温孔位置下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
54.本实施例中，设置多组埋入热电偶(即埋制热电偶10)和测温孔9，多个热电偶(即埋制热电偶10)的埋入位置与铸件7之间的距离不同，也即测温孔9与铸件7之间的距离不同，但多个测温孔9采用多个相同直径、相同长度的钢针扎制而成，也即多个测温孔9的孔径和深度相同，同时熔融金属的浇注温度相同，由此可以获得不同测温孔位置下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。需要说明的是，本实施例中，步骤s4中，熔融金属可选为熔炼的熔融钢水，浇注时设定熔融钢水的浇注温度为1550-1640℃范围内的任一温度值。
55.通过测试结果可知，热电偶(即埋制热电偶10)的埋入位置与铸件7之间的距离越小，也即测温孔9与铸件7之间的距离越小，砂型铸造测温孔处温度与实际温度的差值越大。
56.本发明的可选实施例中，步骤s2中，热电偶(即埋制热电偶10)的埋入数量为多个，
多个热电偶(即埋制热电偶10)的埋入位置与铸件7之间的距离相同，测温孔9对应设置多个，多个测温孔9采用多个不同直径、相同长度的钢针扎制而成，每个测温孔9与铸件7之间的距离和对应埋入的热电偶(即埋制热电偶10)与铸件7之间的距离相同；步骤s3中，插入测温孔9的热电偶数量为多个，分别对应插入多个测温孔9内；经过步骤s4后获得不同测温孔孔径下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
57.本实施例中，设置多组埋入热电偶(即埋制热电偶10)和测温孔9，多个热电偶(即埋制热电偶10)的埋入位置与铸件7之间的距离相同，也即测温孔9与铸件7之间的距离相同，多个测温孔9深度相同，熔融金属的浇注温度相同，但是多个测温孔9采用多个不同直径的钢针扎制而成，即多个测温孔9的孔径不同，由此可以获得不同测温孔孔径下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。需要说明的是，本实施例中，步骤s4中，熔融金属可选为熔炼的熔融钢水，浇注时设定熔融钢水的浇注温度为1550-1640℃范围内的任一温度值。
58.通过测试结果可知，测温孔的孔径越大，砂型铸造测温孔处温度与实际温度的差值越大。
59.本发明的可选实施例中，步骤s2中，热电偶(即埋制热电偶10)的埋入数量为多个，多个热电偶(即埋制热电偶10)的埋入位置与铸件7之间的距离相同，测温孔9对应设置多个，多个测温孔9采用多个相同直径、不同长度的钢针扎制而成，每个测温孔9与铸件7之间的距离和对应埋入的热电偶(即埋制热电偶10)与铸件7之间的距离相同；步骤s3中，插入测温孔9的热电偶数量为多个，分别对应插入多个测温孔9内；经过步骤s4后获得不同测温孔深度下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。
60.本实施例中，设置多组埋入热电偶(即埋制热电偶10)和测温孔9，多个热电偶(即埋制热电偶10)的埋入位置与铸件7之间的距离相同，也即测温孔9与铸件7之间的距离相同，多个测温孔9孔径相同，熔融金属的浇注温度相同，但是多个测温孔9采用多个不同长度的钢针扎制而成，即多个测温孔9的深度不同，由此可以获得不同测温孔深度下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系。需要说明的是，测试孔的最小深度设置为热电偶的长度，最大深度设置为贯穿砂型。本实施例中，步骤s4中，熔融金属可选为熔炼的熔融钢水，浇注时设定熔融钢水的浇注温度为1550-1640℃范围内的任一温度值。
61.通过测试结果可知，测温孔的深度越大，砂型铸造测温孔处温度与实际温度的差值越大。
62.需要说明的，不同条件(包括不同浇注温度、不同测温孔位置、不同测温孔孔径、不同测温孔深度)下砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系的测试可以同时进行，也可以先后进行，其先后顺序不做限定，均在本发明的保护范围之内。
63.可以理解的，本发明的测试方法可以获得不同浇注温度下、不同测温孔位置下、不同测温孔孔径下、不同测温孔深度下，砂型铸造测温孔处温度与实际温度对应关系，进而为后续优化砂型配比提供参考。并且，本发明的测试方法能够准确测试砂型的温度，对于防止砂型铸造爆炸事故具有重要意义。
64.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。