一种测定压铸件内部含气量的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于压铸技术领域，更具体地，涉及一种测定压铸件内部含气量的装置和 方法。
【背景技术】
[0002] 压力铸造成形是将熔融的合金液体浇入压铸机的压室内，然后由冲头将金属液高 速压入金属模具型腔中，从而铸造出具有一定形状和尺寸的零件。由于在压铸过程中，金属 液是以高速高压状态充填模具型腔的，模具型腔中的大量气体来不及排出而被紊流的金属 液卷入其中而成为气孔缺陷。此外金属液中还有溶解有氢，氢因金属液的温度降低，在金属 液中的溶解度下降而析出，若析出的氢来不及排出而残留在铸件内部也会形成气孔。因此 气孔是压铸件最常见的缺陷，气孔的存在不仅减少了压铸件的有效承载面积，而且会造成 局部应力集中，成为压铸零件断裂的裂纹源。一些形状不规则的气孔，还会增加缺口的敏感 性，使金属的强度下降和抗疲劳能力降低。
[0003] 检测压铸件内部气孔缺陷的常用方法有超声波、X光无损探伤、密度法等。虽然可 通过气孔的大小判定来间接评估铸件内部含气量的多少，但无法精确确定铸件内部的气体 含量。专利"铝合金压铸件气体含量真空法测定装置和方法"（【申请号】86105181)发明了一 种根据理想气体方程计算铸件内气体含量的装置。但由于测定区域的温度、以及气体密度 的波动等参数影响，该方法的定量检测误差较大。专利2013100809149发明了根据铝铸件 熔化前后真空室的压力差以及对应的标准压力曲线来计算铸件内部含气量的方法及装置， 这是一种简单实用的定量检测方法和装置。但是该装置没有考虑每次测量时铸件熔化温度 是不同的，因而其对应的标准曲线也是不同的。若无法对应当时的实际温度状态（如实际 温度为660°C )，而采用固定温度（如650或700°C的）标准曲线来计算，则会带来比较大的 测量误差。此外，真空系统总是存在泄漏的，尤其是高真空系统。专利2013100809149在测 量过程中没有考虑系统泄漏的影响，也就是说标准曲线的测定过程若与铸件熔化过程不在 同一密封过程中，由于两个过程的系统泄漏量不同，从而导致测量也会产生较大的误差。总 而言之，目前在定量测定压铸件内部含气量的方法及装置研制方面存在很大的不足，测量 精度及装置可靠性均较差。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种测定压铸件内部含气量 的装置和方法，解决了测量过程中因温度和泄漏不一致带来的测量误差问题，具有较高的 测量精度和可靠性，能够准确地评价铸件中的气孔缺陷和内部质量。
[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种测定压铸件内部含气量的 装置，其特征在于，包括加热系统、真空系统和定量供气系统，其中，
[0006] 所述加热系统包括加热炉和坩埚，所述坩埚位于所述加热炉内；
[0007] 所述真空系统包括真空机组、真空室和第一真空计，所述真空机组包括第一截止 阀、第二截止阀、油扩散栗、第三截止阀、第四截止阀和机械栗，所述真空室的下端伸入所述 加热炉内并且在真空室内放置所述坩埚；所述真空室通过真空室连接管连接所述第一截止 阀，所述第一截止阀分别连接所述第二截止阀和第四截止阀，所述第四截止阀的远离第一 截止阀的一端与所述机械栗连接，所述第二截止阀远离第一截止阀的一端依次连接所述油 扩散栗、第三截止阀和机械栗，所述真空室连接管远离第一截止阀的一端伸入所述真空室 内，所述真空室连接管上设置所述第一真空计，以用于测量真空室内的真空度；
[0008] 所述真空室上安装有测温热电偶，以用于测量所述真空室内的温度；
[0009] 所述第一真空计与所述第一截止阀之间设置有第五截止阀，所述第五截止阀上连 接有第一空气连通管，所述第一空气连通管的内腔与外部大气连通；
[0010] 所述第一截止阀与所述第二截止阀之间设置有第六截止阀，所述第六截止阀上连 接有第二空气连通管，所述第二空气连通管的内腔外部大气连通；
[0011] 所述定量供气系统包括第七截止阀、第一定量管、第八截止阀、第九截止阀、第二 定量管、第十截止阀，所述第七截止阀和第九截止阀分别连接在所述真空室连接管上，所述 第七截止阀依次连接所述第一定量管和第八截止阀，所述第九截止阀依次连接所述第二定 量管和第十截止阀，所述第八截止阀远离第一定量管的一端和所述第十截止阀远离第二定 量管的一端通过连接管道连接在一起，并且连接管道上设置有第三空气连通管，所述第三 空气连通管的内腔与外部大气连通。
[0012] 优选地，所述第一截止阀与所述第二截止阀之间设置有第二真空计。
[0013] 优选地，所述第三截止阀与所述机械栗之间设置有第十一截止阀，所述第十一截 止阀上连接有第四空气连通管，所述第四空气连通管的内腔与外部大气连通。
[0014] 优选地，所述第二定量管容积是第一定量管容积的10倍以上。
[0015] 按照本发明的另一个方面，还提供了一种利用上述装置测量铸件内部含气量的方 法，其特征在于：包括以下步骤：
[0016] (1)、铸件熔化过程中真空度的测量，包括以下子步骤：
[0017] (I. 1)将待测铸件放入氢氧化钠溶液中1~1. 5分钟，用水洗净后，浸入硝酸中 30~50秒，依次用水、酒精和丙酮洗净，再将其干燥；待其干燥后，用天平称量，记录下铸件 重量m。
[0018] (1. 2)将所有的截止阀关闭，然后将称量后的待测铸件放入到真空室内的坩埚中， 并将真空室封；
[0019] (1. 3)打开真空机组中的第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀，利 用真空机组对真空室进行抽真空，使真空室中的真空度达到设定值；
[0020] (1.4)待真空室内的真空度达到设定值Ρ。后，关闭真空机组的第一截止阀；同时， 停止真空机组的运行并从零开始计时；
[0021] (1. 5)保持加热炉内部温度维持在设定温度Τ，使待测铸件熔化；
[0022] (1. 6)在时间^时，记录此时真空室的压力值P 3;
[0023] (1. 7)打开第五截止阀、第一截止阀和第六截止阀，使真空室与大气相通，同时使 加热炉内温度维持在设定温度T ;
[0024] (1. 8)关闭之前打开的所有截止阀，使真空室与大气断开，同时使加热炉内温度维 持在设定温度T ;
[0025] (2)、第一定量气体释放后的真空度测量，包括以下子步骤：
[0026] (2. 1)打开真空机组中的第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀，利 用真空机组对真空室进行抽真空，使真空室中的真空度达到设定值；
[0027] (2. 2)待真空室内的真空度达到设定值P。后，关闭真空机组中第一截止阀；同时， 停止真空机组的运行并从零开始计时。
[0028] (2. 3)在时间t/2时，打开第八截止阀，使第一定量管和大气相通，然后关闭第八 截止阀；
[0029] (2. 4)打开第七截止阀，使第一定量管和真空室相通，然后关闭第七截止阀；
[0030] (2. 5)在时间^时，记录此时真空室的压力值P 1;
[0031] (2. 6)打开第五截止阀、第一截止阀和第六截止阀，保持真空室与大气相通，同时 使加热炉内温度维持在设定温度T ;
[0032] (2. 7)关闭之前打开的所有截止阀，使真空室与大气断开，同时使加热炉内温度维 持在设定温度T ;
[0033] (3)、第二定量气体释放后的真空度测量，包括以下子步骤：
[0034] (3. 1)打开真空机组中的第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀，利 用真空机组对真空室进行抽真空，使真空室中的真空度达到设定值；
[0035] (3. 2)待真空室内的真空度达到设定值P。后，关闭真空机组中第一截止阀；同时， 停止真空机组的运行并从零开始计时。
[0036] (3. 3)在时间t/2时，打开第十截止阀，使第二定量管和大气相通，然后关闭第十 截止阀；
[0037] (3. 4)打开第九截止阀，使第二定量管和真空室相通，然后关闭第九截止阀；
[0038] (3. 5)在时间^时，记录此时真空室的压力值P 2;
[0039] (3. 6)打开第五截止阀、第一截止阀和第六截止阀，使真空室与大气相通，然后再 关闭之前打开的所有截止阀；
[0040] (4)、含气量的计算，包括以下子步骤：
[0041] (4. 1)利用测量得到的P^PpP3，以及第一定量管的容积V1、第二定量管的容积V2， 获得铸件内部中的气体体积V 3:
[0043] (4. 2)由V3获得铸件内部的含气量V = V 3/m。
[0044] 优选地，所述真空度的设定值0· OlPa。
[0045] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0046] 1)本发明能自动、快速测定铝合金压铸件内部的气体含量，快捷、方便。
[0047] 2)本发明通过气体含量大小的准确测定，为定量评价铸件内部质量提供了参考依 据。
[0048] 3)本发明通过气体含量大小的准确测定，为高真空压铸生产的汽车结构件能否进 行热处理提供了定量判定