精確砂型鑄造過程的非侵入式實時液位傳感和反饋系統的製作方法

2023-06-17 07:20:41 1

專利名稱：精確砂型鑄造過程的非侵入式實時液位傳感和反饋系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於鑄造過程的方法和系統，更具體地涉及用
於確定導電材料在模腔中的位置的液位傳感系統和方法。
背景技術：
鑄造過程經常用於生產具有複雜的幾何形狀的鑄造物品。 精確砂型鑄造是一種用於生產具有複雜的幾何形狀的鑄造物品的這樣 的鑄造過程。鑄造物品通常需要優化的機械屬性和尺寸精度。使用精確 砂型鑄造成型的鑄件通過將熔融材料(如熔融金屬)澆注到從砂形成的 模腔中而形成。模腔通過將希望鑄件的複製品(稱為模型)放置到鑄模 中形成。鑄模然後圍繞所述模型填充壓緊的砂。鑄模圍繞該模型封閉並 隨後重新打開。移開模型，從而在壓緊的砂中形成具有模型形狀的模腔。 一旦砂被乾燥，鑄模就準備接收熔融金屬。 具有從厚部分到薄部分的過渡、大範圍水平或平坦表面、 和尖角的鑄造物品易於存在缺陷。由於在填充才莫腔時熔融金屬的紊流流 動和通過模腔的熔融金屬的不均勻分布，因而在鑄件中形成這樣的缺 陷。為消除紊流，進入模腔的熔融金屬的流率可以調節。例如，隨著模 腔的體積增加，可以調節熔融金屬的流率以減少金屬在模中的固化，從 而阻止額外的熔融金屬流向模腔。相反，如果熔融材料使得以高流率流 入模腔以填充大的腔並且於是腔的體積減小，在模中可能產生背壓。應 當理解，模填充速率可以是恆定的，即使模截面變化也是如此。 因為模腔由壓緊的砂形成且封裝在鑄模中，難以在給定時 刻確定熔融材料在模中的位置。另外，諸如流率、融化溫度、壓力緊密 性、和大氣壓力的參數可隨鑄造操作而變動。當前的砂型鑄造過程試圖 使用熱電偶或觸針來監測熔融金屬前緣的位置。熱電偶或探針必須布置 在鑄模內且與鑄件接觸，這可能影響鑄件的質量。 希望發展一種用於確定熔融金屬在模中的液位的非侵入式 實時熔融金屬液位傳感系統和方法，其中防止了與熔融金屬或鋪:才莫接 觸。

發明內容
根據本發明，令人驚奇地發現了一種用於確定熔融金屬在 才莫中的液位的非<曼入式實時熔融金屬液位傳感系統和方法，其中防止了 與熔融金屬或鑄模接觸。 在一個實施例中， 一種液位傳感系統包括激勵電路和耳關接 到所述激勵電路的感應部件，其中，當導電材料流動通過由所述感應部 件產生的磁場時，所述磁場《I起所述激勵電路的電特性的變化。 在另一實施例中， 一種用於鑄才莫的液位傳感系統包括鑄 模，所述鑄模形成用於在其中接收導電材料的模腔；激勵電路；聯接到 所述激勵電^^的感應部件，其中，當導電材;阡流動通過由所述感應部件 產生的》茲場時，所述磁場51起所述激勵電路的電特性的變化。
本發明也提供一種確定導電材料在鑄模中的位置的方法。 —種方法包括步驟設置鑄模，所述鑄模形成用於在其中 接收導電材料的模腔；設置靠近所述鑄模布置的激勵電路，所迷激勵電 路適於在模腔中產生磁場，其中，所述導電材料流動通過所述磁場引起 所述諧振激勵電路的電特性的變化；將導電材料引入鑄模的模腔中；和 當導電材料填充模腔時，測量所述諧振激勵電路的電特性的變化，電特 性的變化指示導電材料在才莫腔中的位置。


根據本發明的實施例的以下詳細說明結合附圖考慮，本發
圖1是根據本發明實施例的液位傳感系統和才莫的截面和圖2是根據本發明的c形電磁線圈的透視圖。
具體實施例方式以下詳細說明和附圖描述和圖示了本發明的多個實施例。 所述說明和附圖用於使得本領域技術人員能夠製造和使用本發明，而不 打算以任何方式限制本發明的範圍。關於所披露的方法，所述步驟本質 上是示範性的，因而，步驟的順序不是必須的或重要的。
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圖1示出了才艮據本發明實施例的液位傳感系統10。液位傳
感系統10包括靠近鑄模12布置的激勵電路14。應當理解，多個激勵電 路14可以靠近液位傳感系統10的鑄模12布置。激勵電路14可根據希 望靠近鑄模12的任何部分布置。
在圖1所示的實施例中，激勵電路14是包括感應部件16 (也稱為電磁傳感器)的LC振蕩器電路。感應部件16靠近鑄模12的 外壁18布置。應當理解，激勵電路14也可以是例如包括LC儲能器的 自動增益控制電路和包括LC儲能器的調諧器電路。 如圖2更清楚地顯示，激勵電路14的感應部件16是具有 c形的電磁線圈40。電磁線圈40的引線46, 48與激勵電路14電連通。 電磁線圈40可從包括具有希望匝數的磁導線44繞組的鐵氧體磁芯42 形成。應當理解，感應部件16可根據希望具有其它形狀，如圓柱形線 圈。另外，感應部件16可用任何匝數的磁導線44纏繞，以獲得希望的 感應部件16的電特性。孔徑、磁導率、磁導線44的匝數、磁導線44 的規格、和感應部件16的形狀可選擇性地變化以實現希望的電特性。 鑄模12包括第一半部20和第二半部22。第一半部20和 第二半部22中的每個包括限定模腔24的內壁26,以接收熔融導電材料 (未示出)。在所示實施例中，熔融導電材料是熔融金屬，例如鋁。鑄 ;溪12包括與才莫腔24流體連通的澆注系統(gate system) 28。在所示實 施例中，澆注系統28包括澆口杯30、直澆口 32和一黃澆口 34。澆注系 統28還包括用於調節導電材料流量的裝置，如閥、滑動閘門和電磁泵。 對莫腔24從任何常規的非金屬材料形成，例如天然砂和合成砂。模腔24 可根據希望具有任何的尺寸或形狀，以產生希望的鑄件。模腔還包括根 據希望具有任何尺寸和形狀的模芯。 使用中，導電材料澆注到澆注系統28的澆口杯30中。導 電材料流體通過直澆口 32，通過橫澆口 34,且進入模腔24。當導電材 料填充才莫腔24時，導電材料移動到從激勵電路14的感應部件16發送 到模腔24中的感應磁場內。應當理解，感應》茲場可由任何常身見手段計 算，例如使用線性運動表以恆定速率移動鋁片到磁場中並記錄金屬影響 激勵電路14的電特性的線性範圍。感應部件16的磁場在導電材料中感 應渦流。渦流產生對抗感應部件16的施加石茲場的石茲場。導電材津+中的 渦流和感應部件16的施加》茲場的相互作用影響感應部件16和激勵電路14的電特性。電特性可以為4壬^r的特性，例如電壓、頻率、阻抗、和感
抗。影響的電特性然後由系統10的操作者使用任何常規的電力測量設
備測量，例如示波器。
在激勵電路14是自動增益控制電路時，激勵電路14將保
^r固定頻率。對由激勵電路14和感應部件16產生的》茲場計算感應場。
當導電材4+進入感應磁場時，感應部件16展3見出電壓變化，例如3,過 感應部件16的電壓降低。當導電材料移動通過由激勵電路M產生的施 加》茲場時，5爭過感應部件16的電壓繼續降〗氐，直到感應材^牛超出感應 磁場之外為止。由於感應部件16相對於模腔24的位置是已知的，跨過 感應部件16的電壓降被測量且用於確定導電材料在模腔24中的位置。 例如，通過實-瞼已確定在》茲場的感應場為7英寸時，J爭過感應部件16 測量的初始電壓降表示導電材料處於離感應部件16的中心3.5英寸的位 置。 在激勵電路14用作調諧電路時，由激勵電^各14產生的交 流》茲場的頻率將隨著導電材料在施加;茲場內移動而偏移。與激勵電路14 電連通的測量儀器(如示波器)用於監測激勵電路14的電特性。對由 激勵電^各14和感應部件16產生的》茲場計算感應場。通過知道感應部件 16相對於模腔24的位置且通過監測激勵電路14隨導電材料進入感應磁 場的頻率偏移，操作者可確定導電材料在模腔24中的位置。 通過用材料液位傳感系統10確定導電材料在鑄模12中的 液位而不接觸導電材料流或鑄模12,操作者可調節通過鑄模12的導電 材料流率。應當理解，控制器可以適於響應於激勵電路14的電特性的 變化調節導電材料的流率。 導電材料流的非侵入式實時調節防止紊流，從而提高鑄件 的質量，產生均勻的填充分布，並最小化由損傷鑄件中破碎部分產生的 碎片數量。 本領域技術人員從前述說明可以容易地確定本發明的基本 特性，不用偏離其精神和範圍就可以對本發明進行各種修改和變型以適 於各種用途和條件。
權利要求
1.一種液位傳感系統，包括激勵電路；和聯接到所述激勵電路的感應部件，其中，當導電材料流動通過由所述感應部件產生的磁場時，所述磁場引起所述激勵電路的電特性的變化。
2. 根據權利要求1所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述感應 部件是電磁線圈。
3. 根據權利要求2所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述激勵 電路的希望電特性通過改變在所述感應部件中形成的孔尺寸、所述感應 部件的磁導率、形成所述感應部件的磁導線的匝數、和所述感應部件的 形狀中的至少一個而獲得。
4. 根據權利要求1所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述導電 材料是熔融金屬。
5. 根據權利要求1所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述激勵 電路是LC振蕩器電路。
6. 根據權利要求1所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述激勵 電路是包括LC儲能器的自動增益控制電路。
7. 根據權利要求1所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述激勵 電路是包括LC儲能器的調諧電路。
8. 根據權利要求1所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述電特 性的變化是跨過所述感應部件的電壓變化。
9. 根據權利要求1所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述電特 性的變化是由所述激勵電路產生的磁場的頻率偏移。
10. —種用於鑄模的液位傳感系統，包括鑄模，所述鑄模形成用於在其中接收導電材料的模腔； 激勵電^各；和耳關接到所述激勵電路的感應部件，其中，當導電材料流動通過由所 述感應部件產生的磁場時，所迷;茲場引起所述激勵電路的電特性的變化。
11. 根據權利要求10所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述感 應部件是電；茲線圈。
12. 根據權利要求11所述的液位傳感系統，其特徵在於，所迷激 勵電路的希望電特性通過改變在所述感應部件中形成的孔尺寸、所述感 應部件的磁導率、形成所述感應部件的磁導線的匪數、和所述感應部件 的形狀中的至少一個而獲得。
13. 根據權利要求10所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述導電材料是熔融金屬。
14. 根據權利要求10所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述激 勵電路是LC振蕩器電路、包括LC儲能器的自動增益電路、和包括LC 儲能器的調諧電路中的一種。
15. 根據權利要求10所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述電 特性的變化是跨過所述感應部件的電壓變化。
16. 根據權利要求10所述的液位傳感系統，其特徵在於，所述電 特性的變化是由所述激勵電路產生的磁場的頻率偏移。
17. 根據權利要求10所述的液位傳感系統，其特徵在於還包括用 於調節所述導電材料流的控制器，其中，所述控制器適於響應於所述激 勵電路中的電特性的變化。
18. —種確定導電材料在鑄^^莫中的位置的方法，所述方法包括以下 步驟設置鑄模，所迷鑄模形成用於在其中接收導電材料的模腔； 設置靠近所述鑄模布置的激勵電路，所述激勵電路適於在所述模腔中產生磁場，其中，所述導電材料流動通過所述磁場引起所述激勵電路的電特性的變化；將導電材料引入鑄^f莫的才莫腔中；和當導電材料填充模腔時，測量所述激勵電路的電特性的變化，電特 性的變化指示導電材料在才莫腔中的位置。
19. 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述電特性的變 化是跨過所述感應部件的電壓變化。
20. 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述電特性的變 化是所述激勵電路中的頻率偏移。
全文摘要
本發明涉及精確砂型鑄造過程的非侵入式實時液位傳感和反饋系統。披露了用於確定導電材料在鑄模中的位置的液位傳感系統和方法，其中，所述液位傳感系統包括激勵電路和靠近所述鑄模布置的感應部件，且導電材料在鑄模中的位置通過激勵電路的電路特性的變化確定。
文檔編號B22D2/00GK101408449SQ20081016646
公開日2009年4月15日 申請日期2008年10月9日 優先權日2007年10月9日
發明者B·M·富利, R·路德維希, S·W·比德曼, S·馬卡羅夫 申請人:通用汽車環球科技運作公司