一种实现非侵入式研究的砂粒流态可视化装置的制作方法

[0001]
本发明涉及砂型铸造技术领域，具体涉及一种实现非侵入式研究的砂粒流态可视化装置。


背景技术：

[0002]
射砂工艺是指利用压缩空气的突然膨胀，令芯砂高速通过射砂孔进入芯盒内腔，并在高速气体的作用下充满芯盒并得到紧实的制芯方法。射砂工艺生产效率高，能够在较短时间内成批量地获得尺寸精确、表面光洁、强度较高和形状复杂的砂芯，是砂芯制造方法中最常见的工艺之一。射砂过程对砂芯的质量具有决定性影响，但射砂过程极短，是一个近瞬态过程，且砂粒的流动受到覆膜砂性质、芯盒结构、工艺参数等复杂条件的直接影响，因此十分有必要对砂粒的流动特征进行记录和分析，探究砂粒复杂流动特性的影响机制。
[0003]
目前芯砂流动特性的研究主要采用非侵入式实验和计算机数值模拟相结合的方法。非侵入式实验是指在对射砂过程中芯砂的瞬态运动无任何干扰行为的前提下，获得准确实验结果的试验方法。为实现砂粒流态的非侵入式研究，需要砂粒的整个运动过程处于可视状态，但实际生产中的制芯过程中，由于模具材料不透明，芯盒内腔中的砂粒运动通常无法被观测。
[0004]
cn109926543a公开了一种可视化冷芯盒模具，具体公开了将金属芯盒的两侧设计为可拆卸式的透明盖板用来观察砂粒在射砂过程中的流动情况。但这种模具结构中，存在气密性难以满足要求的问题。一是该技术方案采用排气塞排气，排气结构较为单一，排气效率和密封性不够协调，而且不利于试验结束后的清理，带来使用寿命短等缺陷。二是该技术方案需要将两个透明盖板以及金属芯盒三部分紧密连接在一起，为了提供足够的锁模力以保证模具气密性，必须增加紧固件的数量和强度，即使能够达到气密性要求，也会因紧固件数量过多或强度过大拆卸不便或困难，不利于射砂实验的反复进行。此外，该技术方案芯盒两侧pmma透明盖板将受到大量砂粒的高速冲击，磨损速度快，难以保证重复射砂实验的稳定进行。
[0005]
综上，现有技术仍缺乏一种气密性良好的非侵入式研究的砂粒流态可视化装置。


技术实现要素：

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针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种实现非侵入式研究的砂粒流态可视化装置，其目的在于通过设置排气槽、密封槽和密封条，由此解决了射砂过程中的气密性的问题。本发明的详细技术方案如下所述。
[0007]
一种实现非侵入式研究的砂粒流态可视化装置，包括芯盒模具和流态提取工具，所述芯盒模具包括可拆卸连接的芯盒前板(1)和芯盒后板(3)，所述芯盒前板(1)和所述芯盒后板(3)连接后形成型腔流道(4)和射砂孔(5)，所述芯盒后板(3)设置有排气槽(6)，所述排气槽(6)与所述型腔流道(4)的末端连通，使所述型腔流道(4)与外界连通，所述芯盒后板(3)设置有密封槽和密封条(8)，所述密封槽和所述密封条(8)相配合能够控制所述排气槽
(6)的开启和关闭，所述芯盒前板(1)远离所述芯盒后板(3)一侧镶嵌设置有透明镶板(2)，所述透明镶板(2)与流态提取工具相对设置。
[0008]
作为优选，所述密封槽包括横截密封槽(7)和直线密封槽，所述横截密封槽(7)横向贯穿所述排气槽(6)，所述密封条(8)的尺寸与所述横截密封槽(7)相配合，能够填入所述横截密封槽(7)中实现所述排气槽(6)的关闭。
[0009]
作为优选，所述直线密封槽设置于所述排气槽(6)和所述型腔流道(4)的侧面，所述直线密封槽与所述横截密封槽(7)首尾连接形成密闭环形，所述密封条的尺寸与所述直线密封槽相配合。
[0010]
作为优选，所述横截密封槽(7)的深度大于所述排气槽(6)的深度，所述横截密封槽(7)为圆弧形或直线形。
[0011]
作为优选，所述透明镶板(2)的透光率为82％以上。
[0012]
作为优选，所述排气槽(6)包括竖直排气槽和水平排气槽，所述竖直排气槽以所述型腔流道(4)为轴对称分布，所述水平排气槽与所述型腔流道(4)的末端处于一个水平面，所述竖直排气槽与所述水平排气槽连接。
[0013]
作为优选，所述排气槽(6)的宽度与所述型腔流道(4)的砂粒充型末端处宽度一致。
[0014]
作为优选，所述流态提取工具为摄像机(22)。
[0015]
作为优选，所述芯盒前板(1)和所述芯盒后板(3)通过螺纹可拆卸连接，所述芯盒前板(1)的宽度和芯盒后板(3)相对应的位置分别设置有沉头孔和直通孔，并使用螺母(9)、螺栓(10)和金属垫圈(11)相配合将所述芯盒前板(1)和所述芯盒后板(3)螺纹连接。
[0016]
作为优选，所述芯盒前板(1)上加工有与所述透明镶板(2)镶嵌配合的凹槽(17)，所述芯盒前板(1)和所述透明镶板(2)接触处涂有硅胶，所述芯盒前板(1)将所述透明镶板(2)镶嵌固定后，通过螺钉(13)和金属压块(12)实现螺纹连接将二者紧固。
[0017]
本发明的有益效果有：
[0018]
(1)本发明针对性设计了气密机构，通过简单的密封槽与密封条配合方式，在使用过程中仅施加少量的锁模力，就能够实现所述芯盒前板(1)和芯盒后板(2)之间的紧密配合，防止砂粒和气体从非排气区域逸出；
[0019]
(2)本发明所设计的气密机构为所述芯盒模具提供了良好的气密性，在优选实例的反复试验过程中，均未出现砂粒或气体泄漏的情况，因此本发明能够较好地支持重复射砂实验的顺利进行。
[0020]
(3)本发明创新性地将气密机构与排气机构结合为一体，能够在对所述芯盒模具进行密封的同时，较为灵活地实现所述特定排气槽(6)的开启或关闭，从而改变所述芯盒模具内的气压分布；
[0021]
(4)本发明简化了芯盒模具的结构，提升了模具的抗磨损能力，因而保证了重复射砂实验的稳定性和便捷性。
[0022]
(5)本发明所提出的新型气密机构与排气机构不仅适用于所展现的优选实例，还适用于其他各种形态与尺寸的型腔流道，通用性强，具有推广价值。
附图说明
[0023]
图1是本发明装置结构示意图；
[0024]
图2是本发明芯盒前板内部结构示意图；
[0025]
图3是本发明芯盒后板内部结构与气密机构示意图；
[0026]
图4是本发明装置结构侧壁示意图。
[0027]
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：芯盒前板1、透明镶板2、芯盒后板3、型腔流道4、射砂孔5、排气槽6、横截密封槽7、密封条8、螺母9、螺栓10、金属垫圈11、金属压块12、螺钉13、沉头孔14、直通孔15、螺纹孔16、凹槽17、排气槽内侧部分18、排气槽外侧部分19、排气槽开启时密封槽20、排气槽关闭时的密封槽21、摄像机22。
具体实施方式
[0028]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029]
实施例
[0030]
一种实现非侵入式研究的砂粒流态可视化装置，如图1-4所示，包括芯盒模具和流态提取工具，所述芯盒模具包括可拆卸连接的芯盒前板1和芯盒后板3，所述芯盒前板1和所述芯盒后板3连接后形成型腔流道4和射砂孔5，所述芯盒后板3设置有排气槽6，所述排气槽6与所述型腔流道4的末端连通，使所述型腔流道4与外界连通，所述芯盒后板3设置有密封槽和密封条8，所述密封槽和所述密封条8相配合能够控制所述排气槽6的开启和关闭，所述芯盒前板1远离所述芯盒后板3一侧镶嵌设置有透明镶板2，所述透明镶板2与流态提取工具相对设置。
[0031]
作为优选的实施例，所述密封槽包括横截密封槽7和直线密封槽，所述横截密封槽7横向贯穿所述排气槽6，所述密封条8的尺寸与所述横截密封槽7相配合，能够填入所述横截密封槽7中实现所述排气槽6的关闭。本发明使用横截密封槽7关闭排气槽6时，如排气槽关闭时的密封槽21所示，不使用横截密封槽7关闭排气槽6时，排气槽与外界连通，如排气槽开启时密封槽20所示。
[0032]
所述直线密封槽设置于所述排气槽6和所述型腔流道4的侧面，所述直线密封槽与所述横截密封槽7首尾连接形成密闭环形，所述密封条的尺寸与所述直线密封槽相配合。直线密封槽和横截密封槽7相互配合，能够形成立体的密封关系，极大的增强了气密性。所述横截密封槽7的深度大于所述排气槽6的深度，所述横截密封槽7为圆弧形或直线形。深度越大，密封条的安装空间越多，而且横截密封槽(7)为弧形或者折线形的时候，密封效果越好。
[0033]
作为优选的实施例，所述透明镶板2的透光率为82％以上。透光率为82％，就可以清晰观测到装置内部砂粒的流动情况。
[0034]
作为优选的实施例，所述排气槽6包括竖直排气槽和水平排气槽，所述竖直排气槽以所述型腔流道4为轴对称分布，所述水平排气槽与所述型腔流道4的末端处于一个水平面，所述竖直排气槽与所述水平排气槽连接。
[0035]
作为优选的实施例，所述排气槽6的宽度与所述型腔流道4的砂粒充型末端处宽度
一致。
[0036]
作为优选的实施例，所述流态提取工具为摄像机22。
[0037]
作为优选的实施例，所述芯盒前板1和所述芯盒后板3通过螺纹可拆卸连接，所述芯盒前板1的宽度和芯盒后板3相对应的位置分别设置有沉头孔和直通孔，并使用螺母9、螺栓10和金属垫圈11相配合将所述芯盒前板1和所述芯盒后板3螺纹连接。
[0038]
作为优选的实施例，所述芯盒前板1上加工有与所述透明镶板2镶嵌配合的凹槽17，所述芯盒前板1和所述透明镶板2接触处涂有硅胶，所述芯盒前板1将所述透明镶板2镶嵌固定后，通过螺钉13和金属压块12实现螺纹连接将二者紧固。
[0039]
应用本实施例进行砂粒流态研究，包括以下步骤：
[0040]
(1)使用硅胶、金属压块12和螺钉13将芯盒前板1与透明镶板2紧密固定，除所述透明镶板2发生破坏需更换等特殊情况外，此固定配合不再解除，从而进一步提高所述芯盒模具的气密性；
[0041]
(2)将所述圆形密封条8填入所述环形密封槽7后，控制所述排气槽6各自的开启(20)和关闭(21)；
[0042]
(3)使用螺母9、螺栓10、以及金属垫圈11将芯盒前板1和芯盒后板3紧密连接构成芯盒模具；
[0043]
(4)将所述芯盒模具安放到射芯机上工作位置，调整摄像机22的位置、高度和方向，使得摄像机22正对着透明镶板2，启动射砂并开始记录砂粒的流动特征；
[0044]
(5)砂粒流动结束后，拆卸芯盒前板1和芯盒后板3间的所述紧固部件，清理回收所述芯盒模具中的砂粒。
[0045]
根据实际研究需要重复(2)-(5)步骤进行下一组实验。
[0046]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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