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KR100196213B1 - 주형용 주물재료의 주형특성 및 조성측정방법 및 그장치 - Google Patents

주형용 주물재료의 주형특성 및 조성측정방법 및 그장치 Download PDF

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KR100196213B1
KR100196213B1 KR1019940008327A KR19940008327A KR100196213B1 KR 100196213 B1 KR100196213 B1 KR 100196213B1 KR 1019940008327 A KR1019940008327 A KR 1019940008327A KR 19940008327 A KR19940008327 A KR 19940008327A KR 100196213 B1 KR100196213 B1 KR 100196213B1
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KR
South Korea
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ultrasonic
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casting
sample
test
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KR1019940008327A
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플레밍 에카르트
틸크 베르너
슈쩌 토마스
이바노프 마리안
아이리히 폴
Original Assignee
아이리히 폴
마쉬넨파브리크 구스타프 아이리히
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Priority claimed from DE4312939A external-priority patent/DE4312939A1/de
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Abstract

본발명은 주형용 주물사의 주형특성 및 조성을 측정하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서 주물사시료를 받아들이는 시험슬리이브 상에서 그 성질을 측정하는 것을 특징으로 한다. 사용하는 목적에 필요한 주물사의 성질을 더욱 신속하고 용이하게 측정할 수 있는 시험방법을 고안하기위하여 본발명에 따라 주물사 시료의 초음파 측정과 별도의 성질 측정을 결합하여 주형기술성질 및 조성을 측정하는 방법이 제안되었다. 의도하는 적용부위에 중요한 주물사의 성질을 더욱 신속하고 간단히 확인할 수 있는 장치를 고안하기 위해서 본발명에 따라 초음파 변환기가 시험체를 제한하는 최소한 한 표면에 내장되도록 제안되었다.

Description

주형용 주물재료의 주형특성 및 조성 측정방법 및 그 장치
제1도는 여러 공정중에서 하나의 공정상에 초음파 측정장치가 내장되어 있어 주물사를 시험하는 자동장치의 도면이고,
제2도 내지 제4도는 각각의 공정상에서 주물사를 시험하는 장치에 대한 초음파 변환기의 배열을 나타낸 도면이고,
제5도는 가열기를 갖춘 초음파 측정 스탬프의 도면이고,
제6도는 시료의 초음파 속도, 수분함량 및 기타 성질사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 시료채택장치 2 :리프팅(lifting) 실린더
3 : 배출실린더 4 : 쵸퍼(chopper)깔때기
5 : 시험슬리이브 6 : 스트립퍼(STRIPPER)
7 : 충전상태측정수단 8 : 원통혀압축실린더
9 : 경로측정장치 11 : 포오크
12 : 실린더(cylinder) 13 : 대응 압력판
14 : 강도수용수단 15 : 시험체
20 : 초음파변환기 21 : 스탬프(stamp)
22 : 원통형실리더(cylinder) 23,23' :압력조절밸브
24 : 공급라인 25 : 저울
26 : 초음파변환기 27 : 대응압력판
28 : 상승기소 29 : 위치
30 : 초음파변환기 31 : 스탬프
32 : 저울 33 : 초음파변환기
34 : 스탬프 35 : 원통형실린더
36 : 포오크 37 : 공급계
41 : 초음파변환기 42 : 초음파변환기
43 : 대응압력판 44 : 스탬프
50 : 스탬프 또는 원판 51 : 히틴코일(heating coil)
52 : 초음파변환기
본발명은 물리적 또는 기술적 성질과 함께 초음파에 의해 탄성파의 전파 및 흡수상태를 관찰하여 탄성 및 비탄성 성질을 측정함으로써 주형용 주물재료체계의 특성과 그 조성을 확인하는 방법에 관한 것이다.
이 방법에 의해 파괴되지 않고 속력과 자동이 가능하며 쉽게 측정할 수 있으므로 주물과 핵을 제조하는데 있어서 품질을 조정하고 주물재료를 시험하는 새로운 방법의 개발이 가능하게 되었다.
본발명은 주형용 주물사의 기계적 특성을 알아내는 장치에 관한 것으로서, 특히 바람직하기로는 사전압축된 시험체 형태의 주물사 시료를 받아들이는 시험 슬리이브 및 시료채택장치를 갖추고 주형용 주물사의 기계적 성질 또는 그 조성을 확인하는 장치이다.
주물재료의 제조기술에 관한 성질은 재료에 관련된 요소, 기술적요소 및 장치에 관련된 요소로서 제조, 주물 및 주형방법에 영향을 미친다. 주물재료의 조성, 품질과 주형의 질이 주형된 제품의 질에 영향을 미친다.
결국, 시험에서 나타난 값이 주형기술에 관련된 성질과 아울러 재료의 변화에 직접 영향을 미친다. 주물재료를 시험하는 종래의 방법은 실행할 수 있는 조건에서의 재료의 품질을 나타낸다. 비교적 장시간을 요하므로 반응의 감도를 제한하여 등급이 떨어지고 기술할 가치가 적다.
진보된 측정기술의 원리에서 개발된 물리적 방법으로 물리적성질, 물리, 기술적 요소와의 관계에 대해 확인할 수 있게 되었다.
주형에 있어서 특정조건을 고려한 이 방법은 주물재료의 시험 및 조정방법을 시행하는데 사용될 수 있고 자동화, 크게 감소된 시험시간 등 종래의 시험방법보다 상당한 장점을 가지고 있다. 이것은 전자기적 방법에 의해 점토가 결합된 주물재료에서 수분을 측정하거나 전기적방법에 의해 핵의 제조시 경화조건을 측정할때 분명히 알 수 있다.
점토가 결합된 주물재료의 주형기술과 관련된 성질은 압축성과 압축강도를 측정하여 알 수있는데 이것은 수분함량, 입자특성치(슬러치함량) 및 점토(활성점토) 결합비율에 따라 다르다. 이러한 특성치를 측정하는 가장 통상적인 방법은 체분석, 퇴적 및 흡착분석으로서 주형에서 널리 사용된다.
이러한 시험방법은 적당하기는 하나, 고가이며 특히 시간상 자동화될 수 없고 관리를 수반하여 사용될 수 없다.
적합한 주불재료의 성질을 규정하는 종래의 자동방법으로는 압축성, 수분함량, 압축강도, 시어링강도 또는 변형한계를 측정하는 것이다. 주물재료를 혼합한후 수분함량을 제외하여 측정하고 이를 기준으로 혼합될 점토 및 수분함량을 측정한다. 이 방법에서는 현재 혼합할 함량을 종전의 측정치로 부터 계산하기 때문에 공정중 생기는 슬러지 및 활성점토의 변동을 고료하지 않은 결점이 있다. 이 문제를 극복하기 위해 주물내 핵의 함량 및 모래와 주형의 비율등의 데이타를 사용한다. 그러나 주물재료의 이동에서 모래핵이 방출되거나 운반도중 주물사의 침투등으로 이 데이타를 각각의 혼합물에 연관시키는 것은 신뢰할 수 없고 측정치가 실제로 정확하지 않으므로 작동을 조정하는데 불리한 영향을 미친다.
주물사의질을 확인하는데 있어서 가능한 해결 방안이 DD-PS253197에 기술되어 있다. 이 방법은 주물사내의 수분, 슬러지 및 활성점토 함량을 확인하는 것으로 주물재료 시료상에서 뢴트겐ㆍ감마방사선과 초음파속도의 감소를 측정한다. 그러나 방사선 측정은 안정성요구 및 유지비용 등 기술적인 요구조건이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 합성수지와 물유리가 결합된 주물재료와 유기결합제의 질과 균일성을 조정함에 있어서는 주물재료 혼합물로서의 시료체의 기계적 성질을 측정해야 한다. 이것은 주로 시험굴절 강도뿐아니라 전단강도및 압축강도의 측정을 포함한다. 또한 주물재료의 변형시험, 공정의 지속성등 유동학적 성질을 측정한다.
경화과정중 얻어질 수 있는 강도를 측정한는 것이 주물재료의 질에 대한 근본적인 기준이 되기 때문에 통상 경화정도를 측정하게 되는데 그 강도는 경화과정의 시간에 따라 다르다. 그러나 이 시험방법을 이용한 측정은 불가능하다. 또한 비용때문에 자동화, 일련의 조정작동이 바람직하지 않거나 불가능하다.
독일특허 DE-PS 3152073에는 모래핵의 질의 측정 및 조절에 대한 연구가 기술되어 있다. 이 연구에 따르면, 경화를 전후로 시료체의 전기 전도도를 측정하여 필요한 경화시간을 계산하고 이 전도도의 변화범위를 동시에 알 수 있다. 전기전도도는 핵의 경화도에 상응하므로 핵의 질을 조정하는 척도로서 사용된다. 이 방법의 결점은 다른 주물재료를 적용하여 전기물리적 성질을 측정할때 융통성이 적다는 것이다.
또한, 주물사의 재생성 효과를 측정하는데 있어서 주물사의 수세성 재료 및 점화소실의 특성치를 참조해야 한다. 이 특성치를 측정하는 시험방법은 종래의 점토가 결합된 주물재료시험 방법에서 알 수 있고 상기와 같은 장점 및 단점을 가지고 있다.
상기와 같이, 일반적으로 이미 고도로 자동화된 이런 종류의 장치가 주형에서 널리 사용된다. 이러한 장치는 개략적으로 살펴보면, 초기에는 압력이 적용되지 않는 원통형시험슬리이브 예컨대, 상하단부가 개방되어 있는 슬리이브에 주물사가 채워진다. 이때의 시험슬리이브 하단부는 적어도 임시적으로 압력판 같은 것으로 닫혀진다. 이런방법로 주물사가 채워져 있는 슬리이브는 압축공정으로 운반되고 시험슬리이브의 상단부로부터 스탬프가 주물사를 밀어내려 압축한다. 이때 시험슬리이브에서의 압력스탬프의 경로를 측정함으로써, 주물사의 압축성을 확인하는 것이 가능하다.
이와는 다른 공정에서는 압력스탬프 또는 다른 스탬프에 의해 슬리이브로부터 압축된 시험체의 전단강도를 측정하는 것이 가능한데 예를들면, 초기에 슬리이브를 막고 있던 압력판이 제거된후 또는 시험제가 있는 시험슬리이브가 압력판으로부터 취해진 후이다. 시험슬리이브에서 나온 시험체 부분은 횡적으로 작동하는 포오크에 의해 시어링되고, 포오크상의 강도가 측정될 수 있다. 전단강도를 측정하는 외에, 더욱 자동화된 측정공정도 구비할 수 있는데, 예를들면 접촉없이 측정하는 방법 또는 접촉에 의해 작동하는 측정방법을 포함하여 여러가지 감지기로 수분 및 다른 매개변수를 확인한다.
그러나, 특히 활성벤토나이트 및 슬러지 함량이 주요 관심사가 되는 주물사 조성에 적용될 셩우 측정 및 조상방법이 비교적 고가이다. 활성벤토나이트 및 슬러지의 함량은 주물사의 주형 기술상의 성질에 상당한 영향을 미친다. 그러므로 의도하는 적용부위에 중요한 주물사의 성질을 신속하고 간단한 방법으로 확인하기에 가능한 장치가 필요하다.
본발명의 목적은 주형용 주물재료의 성질 및 조성을 측정하는 시험방법으로 관리가 가능하고 융통성과 품질을 보증할 수 있으며 생산고가 높은 주물 및 핵제조장치를 제공하는 것이다.
본발명은 여러가지 다른 형태의 주형용 주물재료체계에 사용되어 기술 및 시간상 최소의 경비로 물리적성질 및 이와 기술적인 요소의 관계를 결정할 수 있다. 그러므로, 특정한 시험체, 주물 및 핵의 초음파특성치를 측정하여 주물재료의 성질에 관해 정확히 기술할 수 있으며, 주물재료의 질은 조정할 수 있다.
또한, 본발명의 목적은 주형용 주물재료체계의 성질 및 성분을 측정하는 시험방법을 고안하여, 이것을 근거로 각각의 주형용 주물재료체계에 대한 시험방법을 개발함으로써 융통성있고 생산고가 높은 양질의 주물 및 핵 제조장치를 보증하는 것이다.
본발명에 따라서, 초음파에 의해 탄성 및 비탄성성질(탄성파의 전파 및 흡수)를 측정하고, 물리적성질(수분, 결합제 및 경화제의 함량)과 기술적 성질(압축성, 경화시간)을 결합하여 주형용 주물재료체계의 성질과 그 조성을 확인할 수 있다. 초음파 속도는 특정한 커플링 조건(커플링 입력 및 시간)하에 주어진 초음파 주파수로 특정 시료상에서 측정된다.
본발명에 의해 시험할 주형용 주물재료체계에 따라 하기와 같이 측정방법이 개발되었다. 그 장치로서 압축된 주물사로 구성된 시험체를 제한하는 최소한한 표면에 초음파 변환기가 내장되어 있다.
점토가 결합된 주물재료는 주형용 주물재료 또는 모래에 따라 압축성, 수분함량 및 초음파 속도가 다르고 그 결과로서 입자크기의 성질(슬러지 함량 또는 미세한 부분) 및 활성 점토 함량이 결정된다.
이것을 측정하기 위해서, 주형용 주물재료 또는 모래시료를 취하여 특정한 용적의 형태로 흔들어서 주어진 강도(압축성)에서 압축한다. 압축된 시료를 특정한 커플링 조건(커플링 입력 및 시간)하에 주어진 초음파 주파수로 전파하여 초음파 시험을 행한다. 이때 시료의 초음파속도를 측정한다. 수분함량은 시료의 제조전이나 제조시에 측정될 수 있다.
입자크기의 특성치(슬러지 함량 및 미세한 부분)는 다음 방정식에 의해 결정된다.
입자크기의 특성치 = f(수분함량, 초음파속도)
활성점토 함량은 주어진 입자크기의 특성치 조건에서 다음 방정식에 의해 결정된다.
활성점토 = f(압축성, 초음파 속도)또는 활성점토 = f(수분함량, 압축성)
입자크기의 특성치 및 활성점토 함량을 측정하기 위해서 시험할 주물재료에서 취한 기지의 조성을 갖는 시험 혼합물에 의해 보정하는 직선을 정의하여 통상의 내삽법(內揷法)에 따라 사용한다.
수분함량 및 압축성과 함께 결정된 입자크기의 특성치 및 활성점토 함량은 주물재료의 제조시 용량을 구성 조절하는데 사용된다.
또한, 합성수지와 물유리가 결합된 주물재료의 응고화를 측정하기 위해 새로 제조된 주물재료 혼합물에서 시료를 취한다. 응고방법에 따라 결정된 용적의 형태로 응고과정전 또는 직후에 시료를 취한다. 응고방법에 따라 결정된 용적의 형태로 응고과정전 또는 직후에 시료를 흔들어 주어진 강도에서 압축한다. 압축된 시료를 특정한 커플링 조건(커플링 입력 및 시간)하에 주어진 초음파 주파수로 전파하여 초음파 시험을 행한다. 이때 시료의 초음파 속도를 측정한다.
경화반응이 끝날때까지 초음파 속도를 계속 측정한다. 이런 방법으로 측정된 초음파 속도값은 경화과정 시간에 따라 다르게 나타난다. 초음파속도 및 경화시간의 관계를 나타내는 곡선의 추이는 경화과정을 미치는 방해변수(석영모래의 슬러지 함량)에 대한 척도가 된다. 경화중 특정시간에서의 초음파 속도는 얻어진 강도에 상응하므로 종래의 시험방법으로 사용된 강도시험을 대치한다.
상기에 기술된 경화도는 주물 또는 핵부위에 대해서도 측정될 수 있다. 이것은 주어진 강도 성질을 얻는 것을 나타낸다. 또한, 초음파 시험을 행할 주물 또는 핵시료에 틈이 생기는 것을 초음파 속도의 격감으로 쉽게 알 수 있다.
점토가 결합된 주물재료의 제조시 주형용 모래에 수분, 기초 주물재료 및 점토를 측정분량만큼 가하여 주형기술에 관계된 성질을 보정한다.
그러나, 제조시 일어나는 슬러지함량의 변화를 고려하여 이 성질을 조정할 수 있으며 따라서 수분함량도 조정된다. 또한 활성점토 부분을 고려하고 원하는 점토함량을 측정하여 강도를 정한다.
본발명에 따른 공저에서 주형용 모래 혼합기의 상류부인 시료채택장치는 혼합기 또는 그 하류부에서 주물재료를 제거하고 일정한 시료용적을 제공하기 위해 사용된다. 압축된 시료상에서 절연상수에 따라 작동하는 감지기는 주형용 모래 또는 주물재료의 수분함량을 결정하는데에 사용된다.
온도탐침으로 측정된 주형용 모래 또는 주물재료의 온도에 따라 수분함량이 결정된다. 또한 주물재료의 시험시 혼합과정중에 수분함량이 결정될 수 있다. 다음 단계로서, 초음파 측정헤드가 특정한 커플링조건(커플링 입력 및 시간)하에서 시료에 연결된다. 이때 유도경로 기록장치를 사용하여 깊이와 이것으로부터 압축성을 계산한다. 그다음 주어진 초음파 주파수로 초음파시험을 행하고 초음파 통과시간을 계산한다. 시료깊이와 초음파 통과 시간으로부터 초음파 속도가 결정된다.
이런 종류의 초음파 변환기에 의해 주물사의 전파속도 및 초음파 감소를 측정한느 것이 가능하여 이 결과로 주물사의 탄성 및 비탄성의 결정으로부터 주물사의 특정한 용도에 적합한 성질을 직접 알 수 있고 또는 실험치나 적합한 일련의 시험을 근거로 활성벤토나이트 및 슬러지의 함량에 대해 결정할 수 있다.
적합한 시험조건하에서 초음파 속도 및 감소 사이의 관계로 주물사가 특정한 용도에 적합한지 명백한 결론을 내릴 수 있으며, 특히 원하는 성질을 부여하기 위해서 어떤 성분이 주물사에 첨가되어야 하는지 알 수 있다는 것이 밝혀졌다. 첨가제로서는 상기에서 언급한 재료인 활성벤토나이트 및 슬러지와 또한 새로운 모래 및 물이다.
그러므로, 초음파 측정에 의해 간접적으로 주물사의 조성을 원하는 방향으로 변형시키는 것이 가능하다. 여기에서 주물사의 조성에 신뢰할 만한 결정을 내리는데 필요한 다른 정량분석법에 비해 특히 초음파측정은 적은 장치 비용으로 매우 신속한 측정방법이다.
본 발명의 출원원인 베르가카데미에 프레이베르그에 의해 상응하는 방법에 대해서도 동시에 출원되었는바, 그 특허출원은 본 발명에서 인용된 기본 측정방법을 기술하고 있다.
본발명의 실시예에서는 두대의 초음파 변환기가 시험체의 반대편에 각각 배치되어 있는 것이 바람직하다. 한대의 변환기는 이미터(emitter)로서, 작동하고 반대편에 배치된 다른 변환기는 리시버(receiver)로서, 작동함으로써 시험체를 통과하는 시간, 진폭의 변화 및 가능한 페이스 점프를 측정한다.
그러나, 한대의 변환기에서만 짧은 펄스를 방출하고 시험체로부터 되돌아 오는 반향을 수용하여 적합한 전자장치로 단지 한대의 초음파 변환기를 사용하여 상응하는 측정값을 알아내는 것도 또한 가능하다. 이경우 초음파를 적절히 반사하는 표면은 변환기가 배치된 시험체의 반대편에 간편하게 배치된다.
바람직한 실시예에서, 시험슬리이브는 실제적으로 원통형이며, 초음파 변환기는 원통형 시험체의 양단에 위치한 원판 또는 스탬프상에 배치된다. 여기에서 한 표면 또는 원판은 압축스탬프에 속하며 반대편에 위치한 원판은 압력판 또는 대응압력판이고, 스탬프 및 압력판은 압축시험공정의 부분이다.
한 예로써, 원통형 시험슬리이브는 상하양측의 선단부가 개방된 상태로 압력판상에 위치하여 체로 거른 주물사 또는 덩어리가 제거된 주물사로 채워지고 스트립퍼로 슬리이브가 양단까지 균일하게 꼭 채워지도록 확인한다.
이런상태로 슬리이브는 압축공정에 운반되며 원통형 슬리이브에 가능한 꼭 맞는 스탬프가 시험체의 상측 끝단면에 위치하여 슬리이브 내부로 압착된다. 여기에서 주물사가 압축되며 압축성은 시험에서 주어진 압력하의 시험체의 용적과 주물사의 사전 요구에 따른 시험슬리이브 총 용적과의 비율로써 결정된다.
여기에서 초음파 변환기가 압축시험 공정의 압력스탬프에 직접 배치되고 다른 초음파 변환기는 시험슬리이브 하부의 압력판에 배치된다. 여기에서 스탬프가 모래시료상에 압착될 시험압력을 정하는 압력조정계에 최소한 두단계의 압력 조절기가 있으면 편리하며, 압축 작용을 위한 시험압력과는 별도의 압력이 초음파 측정에 선택될 수 있고 이때 별도의 압력은 시료를 압축하는 압력보다 보통 적다.
그러나, 특히 압축 작용 중 적용되는 압력이 모래와 접촉하는 변환기의 표면을 손산시킬 위험이 있거나 적합한 보호층이 적용될 수 없을때 또는 측정결과가 크게 잘못되었을때는 초음파변환기를 압축공정과 별도의 표면에 아주 간단히 배치할 수 있다.
이런경우 간편하기로는 시험체의 전단강도측정을 위해 상기 공정의 스탬프 및 적합한 대응판상에 초음파 변환기를 배치할 수 있다. 전단강도를 측정하기 위해 시험체는 실제로 스탬프에 의해 시험슬리이브로부터 압착되며 여기에 적용되는 압력은 압축 작용에 필요한 것보다 상당히 적다.
슬리이브가 고정되어 있고 전단강도를 측정하기 위한 공정의 스탬프가 압착된 상태에서 슬리이브의 하부로부터 시험체가 배출되고, 대응판이 같이 이동하거나 미리 제거되도록 하기 위하여 상응하는 스탬프 및 적합한 대응판이 슬리이브의 하부에 위치할때 시험체가 슬리이브로부터 압착되기전에 원하는 초음파 측정을 할 수 있다.
전단강도가 측정될때 포오크가 시험체에 대해 수평운동을 통해 작용하여 전단 작용중의 힘이 측정된다.
본발명의 다른 실시예에서는 두대의 초음파 변환기가 하나의 같은 표면상에 또는 밀접한 표면상에 인접하게 배치되어 한 초음파 변환기는 이미터로서 작동하고 다른 변환기는 리시버로서 작동한다. 이경우도 또한 초음파를 적절히 반사하는 표면이 초음파 변환기의 반대편에 위치한 시험체쪽에 배치되면 간편하다.
본발명의 더나은 장점, 특징 및 가능한 적용범위는 하기의 여러가지 실시예 및 첨부도면에 나타나 있다.
본발명은 기술하기에 앞서 주물사를 시험하는 종래의 장치예가 제1도와 함께 기술되어 있고, 이러한 장치는 본발명의 특징에 의해 유리하게 보완될 수 있다.
제1도의 좌측에는 모래층(s)으로부터 모래시료를 취하는 시료채택장치(1)가 나타나 있다. 시료채택장치(1)는 리프팅(lifting) 실린더(2)에 의해 작동되고 여기에서 모래시료는 배출실린더(3)로 올려진후 본발명의 실시예에서 채택한 쵸퍼(chopper)깔때기(4) 또는 이에 상응하는 체로 옮겨진다.
그후, 쵸퍼깔때기(4)의 하부와 베이스(27)의 상부에 위치한 원통형 시험슬리이브(5)안에 모래가 채워진다. 이때의 시험슬리이브(5)는 상단부와 하단부가 개방되어 있으며, 그 하단부가 베이스원판(27) 위에 얹혀지게 되므로서 하단부만 밀폐되어 있다. 시험슬리이브(5)에 충분히 채워질 분량의 모래가 시료채택장치(1)에 의해 깔때기(4) 또는 상응하는 체를 통해서 운반된다.
그다음 슬리이브(5)는 원판(27)상에서 우측으로 이동하며, 원판(27)은 회전탁자 또는 결합 운반벨트 등의 형태로서 슬리이브를 충전상태 측정수단(7)으로 운반한다. 충전상태측정수단(7)으로 운반되는 동안 슬리이브(5)는 그 위의 과량의 모래를 제거하는 스트립퍼(6)를 통과하기 때문에 시험슬리이브(5) 안의 모래표면은 시험슬리이브(5) 상단과 꼭 맞는다.
이러한 상태는 충전상태 측정수단(7)에 의해 확인된다. 이 방법으로 채워진 시험슬리이브(5)는 압축공정(Ⅱ)으로 이동되며 시험슬리이브(5)의 내부 크기에 맞춰진 압축스탬프(21)는 원통형 압축실린더(8)에 의해 시험슬리이브(5)의 모래 표면으로 내려진다.
원통형장치(8)에 의해 정확히 정해지는 압력이 스탬프(21)를 통해 모래에 가해지는데, 시험슬리이브(5)의 높이에 대해서 그안의 스탬프(21)의 경로의 정확한 결과에 따른 모래의 용적 변화로 압축력이 결정된다. 적합한 경로 측정장치(9)가 압축공정(Ⅱ)에 내장되어 있다.
여기서, 원판(27)이 대응 압력판으로 작용하며 압축공정에서 적합하에 지탱되는 것을 알 수 있을 것이다.
앞으로 기술될 초음파 측정체계도 압축공정(Ⅱ)에 배치될 수 있다. 압축된 시험체가 들어있는 슬리이브(5)는 시험체의 전단강도 측정을 위해 다음 공정(Ⅲ)으로 이동된다. 결국, 시험체(15)는 시험슬리이브(5)에서 더 아래로 다른 스탬프(21)에 의해 압축되고 시험슬리이브(5)으로부터 돌출된 시험체(15) 부분은 포오크(11)에 의해 횡적으로 전단되며, 그 강도는 포오크 또는 포오크지지수단 상에서 측정된다.
전단강도를 측정하는 대신 제1도의 우측에 위치한 공정(Ⅳ)에서 도시된 바와같이 압축강도를 측정하는 것도 가능하다. 여기에서 실린더(12)에 의해 작동된 스탬프가 슬리이브(5)로부터 온전히 시험체(15)를 압축하고, 시험체는 대응압력판(13)상에 위치하여 스탬프의 연속 하행운동으로 분쇄된다. 대응압력판(13)상에 작용하는 힘은 강도수용수단(14)에 의해 측정된다.
제2도는 예로 앞에서 기술된 압축공정(Ⅱ)상에서 초음파 측정체계의 실현가능한 방법을 나타낸다. 결국, 모래와 접촉하는 압축스탬프(21)의 앞면에는 초음파변환기(20)에 맞춰지는 오목한 부분이 있어서, 그 앞면은 스탬프(21)의 앞면과 고르게 맞춰진다. 초음파변환기의 후면부상의 전기연결은 제2도에 나타나 있지 않다. 그러나, 스탬프(21)의 후면에서 구멍을 통해 그 자체로서 통상적인 방법으로 배선될 수 있다.
상기 초음파변환기(26)는 스탬프(21)와 비슷한 방법으로 대응 압력판(27)에 맞도록 오목한 부분에 있으며, 시험체(15)와 접하는 초음파 변환기의 표면은 마찬가지로 원판(27)의 표면과 고르게 맞춰진다. 대응압력판(27)은 점선으로 나타낸 것처럼 상승기소(28)에 의해 (29)위치로 선회되므로, 마찰로 인한 변환기(26) 표면의 마모를 방지하기 위하여 원판(27)과 접촉없이 운반체아암(arm)에 고정된 시험슬리이브 시험체(15)가 압축공정에서 측정이 완료된 후 이동될 수 있다.
원통형 실린더(22)에는 공급라인(24)을 통해서 두개의 상이한 압력조절밸브(23,23')에 의해 압력이 가해진다. 이 압력조절밸브(23,23')중 하나는 압축성을 측정하도록 작동되며, 스탬프(21)가 슬리이브(5)로 침투하는 경로는 저울(25)상에서 또는 자동으로 검침될 수 있다.
그다음 다른 압력조절밸브(23')가 작동되거나 또한 자동으로 점검될 수 있다. 이 압력조절밸브(23')는 원통형 실린더(22)에서 다소 적은 압력을 가하도록 작동되므로 스탬프(21)는 시험체(15)의 표면에 대해 다소 적은 압력을 가한다. 이상태에서 초음파 측정이 시험체상에 이루어지며 변환기(20)는 이미터로서 작동하고 변환기(26)는 리시버로서 작동한다. 이 초음파변환기의 전자 측정장치는 이론상 알려져 있으므로 기술할 필요가 없다.
특히 시험체(15)를 통과하는 초음파 충격의 경과 시간이 측정되며, 시험슬리이브(5)의 깊이와 스탬프(21)의 압축 경로로부터 결정되는 시험체(15)의 깊이로부터 초음파 속도를 계산하는 것도 또한 가능하다. 바람직하기로는 스탬프(21)의 표면과 대응압력판(27)의 표면사이에서 왕복으로 반향하는 짧은 초음파 충격의 하나 이상의 연속 반향을 측정함으로써 초음파의 감소를 결정한는 것도 또한 가능하다.
초음파 측정이 완료된후, 스탬프(21)는 초음파변환기(20)와 함께 슬리이브(5)로부터 회수되고 대응압력판(27)은 선회되거나 구부러지며 시험슬리이브(5)의 시험체(15)는 비접촉 방식으로 다음 공정으로 이동된다.
제3도는 시험체(15)의 전단강도를 측정하는 공정을 나타내며,이 공정은 초음파 측정장치에 의해 또한 보완된다. 제1도의 공정(Ⅱ)에서 이미 압축된 시험체(15)는 시험슬리이브(5)에서 전단강도 측정을 위한 공정으로 이동된다. 전단강도를 측정하기 전에 스탬프(34)가 원통형 시험체의 하단면에 대해 우선 가압되고, 반면 스탬프(31)는 상부로부터 시험슬리이브(5) 및 시험체(15) 표면으로 내려간다.
두 스탬프(31, 34)에는 초음파변환기(30,33)가 그 표면에 접해 있으며 이들 초음파변환기의 배선 및 전기 연결은 도시될 필요가 없다.
상응하는 일련의 시험으로 압력에 따라 다르게 측정된 결과가 나타난다면 이 상태를 포기할 수 없다하더라도 균일한 압력이 측정 결과사이의 비교를 용이하게 하기때문에 스탬프(31)는 특정한 압력하에서 모래의 표면으로 내려진다.
시험체(15)를 통과하는 초음파 충격의 이동 경로를 정하기 위하여 저울(32)은 시험체(15)의 높이를 알아내는데 도움이 된다. 그러나 시험체의 높이는 앞에서의 압축공정에서 측정된 결과에서 얻어질 수 있다.
초음파 측정이 완료된 다음, 스탬프(34)는 원통형실린더(35)에 의해 더 아래로 내려가고 반면 스탬프(31)가 시험슬리이브(15)러 부터 주어진 정도로 시험체(15)에 압력을 가하며, 이것은 시어링포오크(36)에 의해 유지될 수 있다. 시험슬리이브(5)에서 아래로 배출되는 시험체(15) 부분을 전단할때 시어링포오크를 위한 공급계(37)가 포오크(36)상에 작용하는 강도를 더한다.
마찬가지로, 제1도의 하부(Ⅳ)에 도시된 바와같이 초음파 변환기가 압축강도를 측정하기 위해 이 공정에 내장될 수도 있다. 이 경우에도 초음파 변환기가 스탬프(13)및 상부로부터 내려올 수 있는 스탬프에 내장될 수 있으며, 스탬프(13)가 시험슬리이브(5)의 하부를 막을 정도로 충분히 아래로 이동한다면 간편하다. 그러나, 그대신 대응압력판이 스탬프(13)와 별도로 슬리이브(5) 하부에 배치될 수 있으며, 이 슬리이브는 초음파변환기를 받아들이고 슬리이브(5)로부터 선회하는 것이 가능하다.
제4도는 시험체(15)의 하부에서 두대의 초음파변환기(41,42)가 대응압력판(43)에 배치된 변형을 나타낸 것이다. 초음파변환기(41)에서 방사된 초음파는 시험슬리이브(15)의 벽, 또는 주로 시험체(15)의 상부에 있는 스탬프(44)에 의해 반향되어 변환기(42)에 의해 수용된다. 다음에 시험체의 깊이와 통과시간으로부터 초음파 속도가 계산된다. 더욱 변형된 것으로는 변환기(41,42)가 동일하여 한 대의 변환기(41)가 방사체 및 수용체로 작동하고 기지의 전자 스위치의변환기 연결로 손쉽게 가능하다.
제5도는 스탬프 또는 원판(50)을 나타내며 초음파변환기(52)는 그 표면이 원판(50)의 표면과 꼭 맞추어져 있다. 원판(50) 내부에는 동시에 초음파 변환기(52)를 둘러싸고 히팅코일(51)이 있어서 원판(50)을 가열시키므로 압력부하의 변화에 기인하여 스탬프 또는 원판상에 응축이 일어나 생길 수 있는 주물사의 점착을 방지할 수 있다.
압축, 전단강도 및 압축강도 측정공정등 일반적인 시험장치와 함께 본발명에 따른 장치는 전에 알려진 자동시험 장치보다 더욱 완벽하고 신속한 방법으로 주물사의 주요 성질을 측정하는 것이 가능하다. 특히 최소한 압축성 및 전단강도와 같이 측정하기 용이한 성질과 함께 초음파 측정은 주물사의 조성에 충분한 정보를 제공하기 때문에 상기에서 언급된 다른 시험방법과 초음파 측정을 결합하면 주물사 조성을 정량분석할 필요가 없다.
여기에서, 적합한 일련의 측정은 초음파 결과와 각기 조성사이의 연관성을 알아내는데 필요한 모든 것들이므로 초음파 결과를 토대로 조성에 대하여 결정을 내리는 것이 가능하다. 여기에서 주물사에 다양한 결합제가 존재한다는 사실을 물론 고려해야 한다.
본발명에 따른 장치는 또한 도자기류, 토양 역학시험, 건축재료 등의 다른 생산 과정에도 물론 이용될 수 있다.
주물재료체계의 주형기술성질을 조정하기 위해서 수분함량, 압축성 및 초음파속도로부터 슬러지 함량 및 활성점토 함량을 계산한다.
제6도에 도시된 바와같이, 초음파 속도와 수분함량과의 관계에 대해 직선을 보정하여 슬러지 함량을 계산할 수 있다. 시험할 주물재료체계로부터 조성이 알려진 시험혼합물에 의해 보정 직선을 그린다. 이때 통상적인 내삽법을 사용한다.
제6도 : 슬러지 함량의 정의
압축성과 수분함량, 기지의 슬러지 함량과의 관계에 대해 직선을 보정하여 활성점토 함량을 결정한다. 보정직선을 그릴때 슬러지 재료에 필요한 보정요소가 추가로 결정된다.
실체상태를 계산한후, 명목값과 비교한다. 용량측정 장치에서 상응하는 적용량을 계산하고 주형용 모래, 기초 주물재료, 점토 및 수분의 혼합량을 투입한다.

Claims (24)

  1. 주물사시료를 받아들이는 시험슬리이브에서 주형용 주물사의 특성 및 조성을 확인하는 방법에 있어서, 주물사시료에 대해 초음파를 측정하고 초음파 측정 외에 적어도 하나이상의다른 성질을 측정 확인하여 그 결합된 결과로부터 시료의 조성 및 주형기술 성질을 확인하는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초음파속도 및 측정된 초음파 진폭을 기초로 시료의 탄성, 비탄성 또는 흡수성질을 확인하는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 시료의 하나이상 표면에서 반사된 초음파로써 상기 초음파의 위상 및 진폭을 측정하는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초음파 변환기는 두대의 변환기가 시료의 양쪽 반대편에 내장되어 한쪽은 초음파 이미터로서 다른쪽은 초음파 리시버로서 작동하는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초음파 변환기는 두대의 변환기가 시험체의 한표면에서 서로 인접하고 그중 하나는 반사된 초음파의 리시버로서 작동하는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초음파 측정은 시료상 초음파 변환기의 조정가능한 커플링 압력을 가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초음파 측정외에, 시료의 압축성을 측정하는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초음파 측정외에, 물리적 성질인 시료의 수분함량을 측정하는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 초음파 측정외에 시료의 결합제 또는 경화제 함량을 측정하는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기의 측정된 성질로부터 실험과 수리적인 함수관계를 기초로 하여 직접 측정되지 않은 시료의 성질 및 조성을 확인하는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기의 측정값을 기초로 하여 내삽법 보정표에 의해 직접 측정되지 않은 시료의 성질 및 조성을 확인하는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 특성 및 조성 측정방법.
  12. 주물재료의 특성 및 성분을 확인하여 주물재료체계의 품질 또는 조성을 평가하는 방법에 있어서, 초음파로 탄성파의 전파와 흡수상태를 관찰하여 탄성 및 비탄성 성질을 측정하고 물리적 기술적 특성치를 반영하여 확인하는 것을 특징으로 하는 주물재료체계의 성질 및 성분의 평가방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 평가는 초음파 속도 또는 초음파 통과시간, 수분함량, 온도 및 압축성을 측정하여 주형용 주물재료와 모래의 활성점토 및 슬러지 함량을 확인하는 것을 특징으로 하는 주물재료체계의 성질 및 성분의 평가방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 평가는 초음파 특성치인 초음파 속도 또는 초음파 통과시간의 변화를 추적하여 주물재료 시료 및 핵의 응고의 결과의상태를 측정하여 합성수지와 물유리가 결합된 주물재료와 그 주형품질을 확인하는 것을 특징으로 하는 주물재료체계의 성질 및 성분의 평가방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기평가는 초음파 속도 또는 감소치를 통해 미세한 부분의 방해 변수의비율을 알아내어 재생산된 재료의 품질을 확인하는 것을 특징으로 하는 주물재료체계의 성질 및 성분의 평가방법.
  16. 주형용 주물사의 성질 및 조성을 확인하기 위한 장치에 있어서, 사전 압축된 시험체 형태의 주물사시료를 받아들이는 시험슬리이브 및 시료채택장치를 갖추고 적어도 한 표면에 시험체를 제한하는 초음파 변환기가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 기계적성질 측정장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 초음파변환기는 두대의 초음파 변환기가 시험체의 양쪽 반대편에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 기계적 성질 측정장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 초음파변환기는 원통형 시험체의 한쪽 또는 양쪽단면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 기계적성질 측정장치.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 초음파변환기는 압축스탬프, 압축스탬프의 반대편 또는 이들 양측에 배치된 압력판에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 기계적성질 측정장치.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 초음파변환기는 압축하는 압력을 받아들이는 표면으로부터 분리된 표면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 기계적성질 측정장치.
  21. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 초음파변환기는 운반하는 표면 또는 부분이 시험체까지 왕복이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 기계적성질 측정장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 압축스탬프는 그 압력을 유지하기 위해 최소한 두 압력단계를 갖춘 압력조절기가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 기계적성질 측정장치.
  23. 제16항에 있어서, 상기 측정장치는 시험체에 압력을 작용시키는 표면이 최소한 부분적으로 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 기계적성질 측정장치.
  24. 제16항에 있어서, 상기 초음파변환기는 두대의 초음파변환기가 한표면에서 서로 인접하고 반사표면에는 반대되도록 배치된 것을 특징으로 하는 주형용 주물사의 기계적성질 측정장치.
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