CN101408449B

CN101408449B - 精确砂型铸造过程的非侵入式实时液位传感和反馈系统

Info

Publication number: CN101408449B
Application number: CN2008101664663A
Authority: CN
Inventors: B·M·富利; S·W·比德曼; R·路德维希; S·马卡罗夫
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: US20090090482A1; CN101408449A; DE102008050509A1; US7828043B2

Abstract

本发明涉及精确砂型铸造过程的非侵入式实时液位传感和反馈系统。披露了用于确定导电材料在铸模中的位置的液位传感系统和方法，其中，所述液位传感系统包括激励电路和靠近所述铸模布置的感应部件，且导电材料在铸模中的位置通过激励电路的电路特性的变化确定。

Description

精确砂型铸造过程的非侵入式实时液位传感和反馈系统

技术领域

[0001]本发明涉及用于铸造过程的方法和系统，更具体地涉及用于确定导电材料在模腔中的位置的液位传感系统和方法。

背景技术

[0002]铸造过程经常用于生产具有复杂的几何形状的铸造物品。精确砂型铸造是一种用于生产具有复杂的几何形状的铸造物品的这样的铸造过程。铸造物品通常需要优化的机械属性和尺寸精度。使用精确砂型铸造成型的铸件通过将熔融材料(如熔融金属)浇注到从砂形成的模腔中而形成。模腔通过将希望铸件的复制品(称为模型)放置到铸模中形成。铸模然后围绕所述模型填充压紧的砂。铸模围绕该模型封闭并随后重新打开。移开模型，从而在压紧的砂中形成具有模型形状的模腔。一旦砂被干燥，铸模就准备接收熔融金属。

[0003]具有从厚部分到薄部分的过渡、大范围水平或平坦表面、和尖角的铸造物品易于存在缺陷。由于在填充模腔时熔融金属的紊流流动和通过模腔的熔融金属的不均匀分布，因而在铸件中形成这样的缺陷。为消除紊流，进入模腔的熔融金属的流率可以调节。例如，随着模腔的体积增加，可以调节熔融金属的流率以减少金属在模中的固化，从而阻止额外的熔融金属流向模腔。相反，如果熔融材料使得以高流率流入模腔以填充大的腔并且于是腔的体积减小，在模中可能产生背压。应当理解，模填充速率可以是恒定的，即使模截面变化也是如此。

[0004]因为模腔由压紧的砂形成且封装在铸模中，难以在给定时刻确定熔融材料在模中的位置。另外，诸如流率、融化温度、压力紧密性、和大气压力的参数可随铸造操作而变动。当前的砂型铸造过程试图使用热电偶或触针来监测熔融金属前缘的位置。热电偶或探针必须布置在铸模内且与铸件接触，这可能影响铸件的质量。

[0005]希望发展一种用于确定熔融金属在模中的液位的非侵入式实时熔融金属液位传感系统和方法，其中防止了与熔融金属或铸模接触。

发明内容

[0006]根据本发明，令人惊奇地发现了一种用于确定熔融金属在模中的液位的非侵入式实时熔融金属液位传感系统和方法，其中防止了与熔融金属或铸模接触。

[0007]在一个实施例中，一种液位传感系统包括激励电路和联接到所述激励电路的感应部件，其中，当导电材料流动通过由所述感应部件产生的磁场时，所述磁场引起所述激励电路的电特性的变化。

[0008]在另一实施例中，一种用于铸模的液位传感系统包括：铸模，所述铸模形成用于在其中接收导电材料的模腔；激励电路；联接到所述激励电路的感应部件，其中，当导电材料流动通过由所述感应部件产生的磁场时，所述磁场引起所述激励电路的电特性的变化。

[0009]本发明也提供一种确定导电材料在铸模中的位置的方法。

[0010]一种方法包括步骤：设置铸模，所述铸模形成用于在其中接收导电材料的模腔；设置靠近所述铸模布置的激励电路，所述激励电路适于在模腔中产生磁场，其中，所述导电材料流动通过所述磁场引起所述谐振激励电路的电特性的变化；将导电材料引入铸模的模腔中；和当导电材料填充模腔时，测量所述谐振激励电路的电特性的变化，电特性的变化指示导电材料在模腔中的位置。

附图说明

[0011]根据本发明的实施例的以下详细说明结合附图考虑，本发明的上述以及其它优势对本领域技术人员来说显而易见，其中：

[0012]图1是根据本发明实施例的液位传感系统和模的截面图；和

[0013]图2是根据本发明的c形电磁线圈的透视图。

具体实施方式

[0014]以下详细说明和附图描述和图示了本发明的多个实施例。所述说明和附图用于使得本领域技术人员能够制造和使用本发明，而不打算以任何方式限制本发明的范围。关于所披露的方法，所述步骤本质上是示范性的，因而，步骤的顺序不是必须的或重要的。

[0015]图1示出了根据本发明实施例的液位传感系统10。液位传感系统10包括靠近铸模12布置的激励电路14。应当理解，多个激励电路14可以靠近液位传感系统10的铸模12布置。激励电路14可根据希望靠近铸模12的任何部分布置。

[0016]在图1所示的实施例中，激励电路14是包括感应部件16(也称为电磁传感器)的LC振荡器电路。感应部件16靠近铸模12的外壁18布置。应当理解，激励电路14也可以是例如包括LC储能器的自动增益控制电路和包括LC储能器的调谐器电路。

[0017]如图2更清楚地显示，激励电路14的感应部件16是具有c形的电磁线圈40。电磁线圈40的引线46，48与激励电路14电连通。电磁线圈40可从包括具有希望匝数的磁导线44绕组的铁氧体磁芯42形成。应当理解，感应部件16可根据希望具有其它形状，如圆柱形线圈。另外，感应部件16可用任何匝数的磁导线44缠绕，以获得希望的感应部件16的电特性。孔径、磁导率、磁导线44的匝数、磁导线44的规格、和感应部件16的形状可选择性地变化以实现希望的电特性。

[0018]铸模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中的每个包括限定模腔24的内壁26，以接收熔融导电材料(未示出)。在所示实施例中，熔融导电材料是熔融金属，例如铝。铸模12包括与模腔24流体连通的浇注系统(gate system)28。在所示实施例中，浇注系统28包括浇口杯30、直浇口32和横浇口34。浇注系统28还包括用于调节导电材料流量的装置，如阀、滑动闸门和电磁泵。模腔24从任何常规的非金属材料形成，例如天然砂和合成砂。模腔24可根据希望具有任何的尺寸或形状，以产生希望的铸件。模腔还包括根据希望具有任何尺寸和形状的模芯。

[0019]使用中，导电材料浇注到浇注系统28的浇口杯30中。导电材料流体通过直浇口32，通过横浇口34，且进入模腔24。当导电材料填充模腔24时，导电材料移动到从激励电路14的感应部件16发送到模腔24中的感应磁场内。应当理解，感应磁场可由任何常规手段计算，例如使用线性运动表以恒定速率移动铝片到磁场中并记录金属影响激励电路14的电特性的线性范围。感应部件16的磁场在导电材料中感应涡流。涡流产生对抗感应部件16的施加磁场的磁场。导电材料中的涡流和感应部件16的施加磁场的相互作用影响感应部件16和激励电路14的电特性。电特性可以为任何的特性，例如电压、频率、阻抗、和感抗。影响的电特性然后由系统10的操作者使用任何常规的电力测量设备测量，例如示波器。

[0020]在激励电路14是自动增益控制电路时，激励电路14将保持固定频率。对由激励电路14和感应部件16产生的磁场计算感应场。当导电材料进入感应磁场时，感应部件16展现出电压变化，例如跨过感应部件16的电压降低。当导电材料移动通过由激励电路14产生的施加磁场时，跨过感应部件16的电压继续降低，直到感应材料超出感应磁场之外为止。由于感应部件16相对于模腔24的位置是已知的，跨过感应部件16的电压降被测量且用于确定导电材料在模腔24中的位置。例如，通过实验已确定在磁场的感应场为7英寸时，跨过感应部件16测量的初始电压降表示导电材料处于离感应部件16的中心3.5英寸的位置。

[0021]在激励电路14用作调谐电路时，由激励电路14产生的交流磁场的频率将随着导电材料在施加磁场内移动而偏移。与激励电路14电连通的测量仪器(如示波器)用于监测激励电路14的电特性。对由激励电路14和感应部件16产生的磁场计算感应场。通过知道感应部件16相对于模腔24的位置且通过监测激励电路14随导电材料进入感应磁场的频率偏移，操作者可确定导电材料在模腔24中的位置。

[0022]通过用材料液位传感系统10确定导电材料在铸模12中的液位而不接触导电材料流或铸模12，操作者可调节通过铸模12的导电材料流率。应当理解，控制器可以适于响应于激励电路14的电特性的变化调节导电材料的流率。

[0023]导电材料流的非侵入式实时调节防止紊流，从而提高铸件的质量，产生均匀的填充分布，并最小化由损伤铸件中破碎部分产生的碎片数量。

[0024]本领域技术人员从前述说明可以容易地确定本发明的基本特性，不用偏离其精神和范围就可以对本发明进行各种修改和变型以适于各种用途和条件。

Claims

1.一种液位传感系统，包括：

铸模，所述铸模形成用于在其中接收导电材料的模腔；

激励电路；和

联接到所述激励电路并靠近铸模的外壁的外部布置的感应部件，其中，所述感应部件是具有c形或圆柱形的电磁线圈，并且当导电材料流动通过由所述感应部件产生的磁场时，所述磁场引起所述激励电路的电特性的变化，由此实时确定导电材料在模腔中的位置。

2.根据权利要求1所述的液位传感系统，其特征在于，所述激励电路的希望电特性通过改变在所述感应部件中形成的孔尺寸、所述感应部件的磁导率、形成所述感应部件的磁导线的匝数、和所述感应部件的形状中的至少一个而获得。

3.根据权利要求1所述的液位传感系统，其特征在于，所述导电材料是熔融金属。

4.根据权利要求1所述的液位传感系统，其特征在于，所述激励电路是LC振荡器电路。

5.根据权利要求1所述的液位传感系统，其特征在于，所述激励电路是包括LC储能器的自动增益控制电路。

6.根据权利要求1所述的液位传感系统，其特征在于，所述激励电路是包括LC储能器的调谐电路。

7.根据权利要求1所述的液位传感系统，其特征在于，所述电特性的变化是跨过所述感应部件的电压变化。

8.根据权利要求1所述的液位传感系统，其特征在于，所述电特性的变化是由所述激励电路产生的磁场的频率偏移。

9.一种用于铸模的液位传感系统，包括：

铸模，所述铸模形成用于在其中接收导电材料的模腔；

激励电路；和

联接到所述激励电路并靠近铸模的外壁布置的感应部件，其中，所述感应部件是具有c形或圆柱形的电磁线圈，并且当导电材料流动通过由所述感应部件产生的磁场时，所述磁场引起所述激励电路的电特性的变化，由此实时确定导电材料在模腔中的位置。

10.根据权利要求9所述的液位传感系统，其特征在于，所述激励电路的希望电特性通过改变在所述感应部件中形成的孔尺寸、所述感应部件的磁导率、形成所述感应部件的磁导线的匝数、和所述感应部件的形状中的至少一个而获得。

11.根据权利要求9所述的液位传感系统，其特征在于，所述导电材料是熔融金属。

12.根据权利要求9所述的液位传感系统，其特征在于，所述激励电路是LC振荡器电路、包括LC储能器的自动增益电路、和包括LC储能器的调谐电路中的一种。

13.根据权利要求9所述的液位传感系统，其特征在于，所述电特性的变化是跨过所述感应部件的电压变化。

14.根据权利要求9所述的液位传感系统，其特征在于，所述电特性的变化是由所述激励电路产生的磁场的频率偏移。

15.根据权利要求9所述的液位传感系统，其特征在于还包括用于调节所述导电材料流的控制器，其中，所述控制器适于响应于所述激励电路中的电特性的变化。

16.一种确定导电材料在铸模中的位置的方法，所述方法包括以下步骤：

设置铸模，所述铸模形成用于在其中接收导电材料的模腔；

设置靠近所述铸模的外壁布置的感应部件，其中所述感应部件是具有c形或圆柱形的电磁线圈；

设置靠近所述铸模布置并与所述感应部件电连通的激励电路，所述激励电路适于在所述模腔中产生磁场，其中，所述导电材料流动通过所述磁场引起所述激励电路的电特性的变化；

将导电材料引入铸模的模腔中；和

当导电材料填充模腔时，测量所述激励电路的电特性的变化，电特性的变化实时指示导电材料在模腔中的位置。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述电特性的变化是跨过所述感应部件的电压变化。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述电特性的变化是所述激励电路中的频率偏移。