論“型砂制備過程的標準應用”和“型砂質檢設備的應用重點”

【摘要】提出實驗過程標準化與實驗結果精確化的密切關聯性。以直徑和高度均為50mm的型砂標準試樣為測試品，需從透氣性、緊實率、濕壓強度、沖擊韌性四項性能指標去分別判定型砂的質量。在此過程中，更應提煉歸結的是：碾輪式混砂機、電子天平、捶擊式制樣機、透氣性測定儀、濕壓強度測定儀、破碎指數測定儀的核心功能和應用要領。以此達到引領讀者直觀化了解和快速熟知型砂制備及性能測定所用儀器設備的目的。

【關鍵詞】型砂；標準試樣；制備；計量；標準化；稱量；精確【中圖分類號】G424 【文獻標識碼】B【文章編號】2095-3089（2012）21-0051-02

0 前言

實驗名稱為《型砂標準試樣的制備及性能測定》的實驗項目是當今中國大多數工科型高等學校鑄造專業所必開的一門專業必修實驗課。其中，實驗環節顯得尤為重要。因其核心內容和實質精髓是對“鑄造”這一兼具“專業”、“基礎”、“行業”概念的一次“迎賓式”目睹，一場“啟蒙式”行為實踐，因而顯得備具典型“工科性人才培養”的過程式“教”與“學”之實踐教學互動意義。

1 儀器設備應達到的標準化狀態

在學生到達實驗室之前，實驗課教師做好儀器設備的標準化擺設工作、顯得尤為重要。其重要性凸顯在兩個方面：1.可以給學生一種對將要進行的實驗課程產生直觀易懂、層次清晰的感性認識；2.便于學生通過層層疊疊的型式標準化模式的設備分類擺設，在實驗即將開展前就可以產生迅速的技術思路厘清和標準化操控意識。

以“迎賓式”的展覽館式樣化去分類擺設各種大、中、小型儀器設備，以件件完好、功能齊全的標準化姿態展現給學生，是開展型砂標準試樣制備及性能測定的實驗室所必須要達到的水準，其內涵是：在標準化定性的基礎上疊加一層標準化定量的技術模式，既有“量”的充分保障、又有“質”的達標水準。所能滿足的實際需求是：通過這類實驗前的預備模式，使得儀器設備在“標準化”和“計量”兩種軌道上都能實現互為協調、有效融合。因為，儀器設備的技術參數、規格型號、精確度等級的一系列指標，通常與“標準化”和“計量”密不可分。

與此同時，以“迎賓式”的展覽館式樣化去分類擺設各種大、中、小型儀器設備，以件件完好、功能齊全的標準化姿態展現給學生，就為后續的“實際運轉功能”和“暢通有序化接納學生試驗”提供了堅強的前奏保障。這種預備狀態，既不是一種“高度標準化”狀態、也不是一種“低度標準化”狀態，而恰恰是一種“適應需求型”的“中度標準化”狀態，易于在工科類高等學校實驗教學中得以實現和有效推廣。

緊接著，就是涉及具體的“標準化方法”問題了。對應到該項實驗，就是每種類別的儀器設備的標準化操作方法或者通用技術條件。換言之，就是在實驗開始前，首先要將實驗必用的儀器設備一應俱全地準備好。對于純手工操作的人工機械化架構的設備而言，就是需要通過“標準化操作方法”來全過程地檢查一下設備的運轉完好率；對于半機械化半電氣自動控制化的設備而言，除了同樣需要通過“標準化操作方法”來全過程地檢查一下設備的運轉完好率之外，還需要參照該類電氣設備的通用技術條件、逐一化地“試運行”一下每項“結構功能模塊區”運轉所需達到的參數，例如通電電壓、通電電流、運轉功率等。在發現問題的時刻做出同步化的排查、檢修工序，直至恢復正常狀態或者最佳狀態。

2 實驗方法、步驟及過程應達到的標準化狀態

本實驗共分三個輪回依次進行，每個輪回的實驗材料（配制好的混合料重復性利用）、實驗方法、步驟及過程均都一樣，這是定量。而變量是：隨著輪回數的遞增相應地增加含水量，依次按照混合料原質量比重的百分比換算成具體的體積量值，即每輪分別加入定量的水。定量和變量交替組合成標準化的參考、比對數值。在實驗的過程中，應達到這種標準化狀態。

3 幾類設備操作中的標準定位及應用要領

3.1捶擊式制樣機。 捶擊式制樣機，是此種型號規格的小型化樣式的用于沖制型砂標準樣品的儀器設備。然而，在筆者實際開展實驗教學的實驗室課堂空間中，有相當多數的學生也將其稱作“手搖式制樣機”。因為，他（她）們在實踐操作的具體過程中、有幾近占據99%的動作流程是在手搖操縱桿的姿勢下完成的，又由于該機的機械結構本身多為“手動扳動或搖動”的組織架構，使得整個制備型砂標準試樣的過程變得“靈活多動（指重錘和沖頭的位移變化）”、“升降起伏（指凸輪升程的變化）”、“搖動輾轉”（指手柄機構的運轉特征）”，故被貫以此“俗稱名———手搖式制樣機”，顯得更加達觀和形象。

捶擊式制樣機的主要用途是用來制備型砂標準試樣的。通過該機的基準操作可以制備出標準規格為Φ50×50（即直徑為50mm；高度同為50mm）的型砂標準試樣，以備性能測定所用。

從外觀上去識別構造，可以從這樣的“標準察別視角”去劃分各部件結構，把整機分別去程序化操控、以實現各自的功能化效果。各部分詳構如下（注釋：以湖南常德市武陵世強鑄造儀器廠生產的SAC型捶擊式制樣機為例，因隨機使用說明書中沒有詳細的說明，本文依據頻繁的使用經驗而作出的補充歸納、僅供有關使用方參考）：

有關“刻線牌”的補充說明：有關刻線牌，在出廠說明書中只列舉了“部件稱謂”，沒有附加任何的詳盡結構說明。通過水平視角的觀測后發現，刻線牌位于整機的最上端，以毫米刻度線為等分標志、其中每等分刻度長為“1mm”。整個刻線牌的長度為50或60mm。其中，每隔10mm有一條“長刻度線”標識，其余的1mm、2mm、3mm……直至9mm計量單位長度均以“短刻度線”標識。刻線牌呈現“豎直狀態”位于整機的中軸線上。在觀測具體的刻線讀數時，通常是從刻度線起始計零的“下位”往刻度數依次增加的“上位”（即由下往上）順序計數、讀數。在計量讀數時，操作者的身體上半部分應與整機保持“基本水平位置”，視角與需要讀取的標牌刻度線保持“水平直線距離”。禁止采用俯視或者仰視的會導致讀數偏差的不正確觀測姿勢，否則、整場實驗數據結果的準確性、可靠性以及真實有效性都無法得到充分的保障。至于捶擊式制樣機其它構件的使用，在文獻[1]中均有不同的說明，本文不做贅述。

每一次以科學性的視角投入到每一回的計量觀測中，可以對后續將要往復式進行的型砂質量性能測定值的科學性、標準性提供有效的保障。有了這樣一種視角上的劃分后，再重新恢復以視角上的“完整組合”，以備實驗后續的有效開展。

最后，要注意檢查一下整機的各活動環節是否運轉靈活。如果發現有運轉澀滯、構件卡殼、聲響異常等系列化故障表現時，應取酌量機油分數次均勻地、往復地擦拭故障部位，癥狀將得以緩解。

錘擊式制樣機屬于純手工操作的人工機械化架構的設備。

3.2 碾輪式混砂機。 碾輪式混砂機是該項實驗開展的前期部分所需用到的一臺重要的基本設備。其主要功能是：將配置好的混合料（標準石英砂、普通粘土、膨潤土、烘焙粉等），倒入機器的混砂盤內，前后分別在干態和濕態的情形下，進行充分的碾壓、攪拌、混勻后，而后用于制備型砂標準試樣的主料（注：除了主料是配制混合料的必要成份之外，有時可能還會加入它類的輔料，目的在于提高后期用于各項性能指標測試的型砂標準試樣的緊實度，防止在試驗的過程中出現已經制備成型的砂型出現松散、塌陷等意外情況而導致實驗中途失敗、而去耗費不必要的時間再反復重來。各高校的同專業實驗室可結合實驗效果的實際情況、酌情做出適合自身實驗的配方）。所謂“混合料”，是指：取樣各類原材料和一定比例的水，通過混砂機充分碾壓、攪拌、混合均勻后所形成的一種用于制備型砂標準試樣的試料。就該項實驗而言，混合料在使用的過程中，應當注意：要現配現用，盡量掌握技藝、掌控時間。避免因操作失敗而導致的時間耽擱，繼而導致混合料的水分過度揮發、失去時效性。混合料在分裝調用的過程中，應注意取用表面潔凈、無污染無雜質的白色搪瓷托盤作為“盛料盤”，避免因雜質、顆粒物、尖銳物的混入而弄壞機器。

每一次混砂完畢后，除了要取盡盛砂盤內的砂子之外、還應注意清理“出砂流槽”內的附著粘貼的“細、小、碎型的殘留砂粒”，這樣做的目的是使得“出砂擋板”能夠閉合嚴實，避免在下一次混砂的時候因有漏洞和縫隙而使得正在碾壓處理過程中的型砂混合料中途發生泄漏。而一旦在混碾的中途發生泄漏，就會使得未完全處理均勻的原料與已經處理均勻的型砂混合料發生“凌亂摻和、優劣混雜”的現象，繼而影響實驗品質。最后，要注意檢查一下整機的“擋砂罩”是否正好卡準在混砂盤的“圓形外邊凹槽”內，以防因組合錯位而導致在開機混砂的過程中發生：正被處理中的混合料被轉動的碾輪掃出機外。在拼裝好“擋砂罩”后，要左右地旋動一下、以此來判斷“罩邊”和“凹槽”之間是否完全吻合。

3.3 電子天平。 電子天平作為一種物質質量計數和標準稱量工具的常用小型化儀器設備、在工科性大學實驗室中有著無可替代的必備功能。在該項實驗中，電子天平的稱量需求（計量計數）范圍在0—200mg。此外，電子天平的工作環境必須要保持在溫度、濕度均符合有關標準的空間內。至于具體使用中的技術要點和注意事項，在每種款型的產品說明書里均有詳盡的介紹，不做贅述。電子天平的計量值越準確，型砂各項性能的質檢值越精確。

3.4 電子式濕壓強度測定儀和液壓式濕壓強度測定儀。 顧名思義、無論是電子式濕壓強度測定儀還是液壓式濕壓強度測定儀，其功能都是用于測定型砂標準試樣的濕壓強度。同樣，在儀器設備的使用方法和注意事項上，在相應款型的設備說明書上均有詳盡的介紹。唯有一點需要注意的是：使用液壓式濕壓強度測定儀，在對測試表盤進行讀數的時候，一定要盡可能的精確、盡量減少由于視覺偏差所造成的讀數誤差，以提高對型砂濕壓強度性能指標進行質檢的精確性。

3.5 透氣性測試儀。 本文采用無錫三峰儀器設備有限公司的產品———智能透氣性測定儀。該款型設備的優點是：占地體積小、輕量化，還非常便于挪動和搬運，一個人就能隨時完成設備的提取、放置、轉移等工作；測量精確值高。

對于該設備，僅就說明書中未有涉及的幾點問題、同時也是筆者在使用后的切實感悟，僅供業內同行參考：

在冬季超常寒冷的環境下（實驗室外部露天呈現結霜冰凍的氣候條件下）和在夏季超常炎熱的環境下（實驗室外部地表溫度超過37℃以上），一定要做到每天開機通電6小時（通過實際測試性能的體驗而得出的相對標準值）。這樣才會完全避免開機測試時可能會處現的“啟動緩慢”甚至是“死機”現象。

超過30分鐘不測試樣品（通過實際測試性能的體驗而得出的相對標準值）就應立即關斷電源，待新的一組樣品制備完畢等待測試的瞬間再行即時重啟機器。這樣才會完全避免本機顯示器上的讀數偶爾呈現“上下跳躍、波動不穩”的游離現象，消除讀數誤差的偶發率。

3.6 破碎指數測定儀。 破碎指數測定儀無論在外觀上、還是內部結構上，都是本實驗中相對最為簡易的設備。其主要功能是測試型砂標準試樣的破碎指數，繼而體現其固有的沖擊韌性。在使用方法和操作細節上，除了說明書中規定的條例之外，需補充說明的是：在被做自由落體運動的下落硬質鋼球擊碎的大塊型砂透過過濾網篩滲漏到接砂底盤上時，應絕對保持如下三方面：

1.保持底盤、篩網、鐵砧的清潔性，不得有絲毫顆粒物附著其上；

2.保持底盤、篩網、鐵砧拼裝的端正性，不得有過度的方位傾斜；

3.在稱量底盤碎砂質量時，在前期取砂的過程中、應保證做到取盡，不留零散的顆粒。

惟有如此，方能確保型砂破碎指數的準確性和精確度。

參考文獻

[1]常德市武陵世強鑄造儀器廠編制. 型砂試驗儀器使用說明書[M]放在前面30頁