基于消失模鑄造的課程設計教學模式之探索

葉升平，吳志超

（華中科技大學材料成型及模具國家重點實驗室，湖北武漢 430000）

鑒于消失模鑄造新工藝已在我國普及推廣，2004年華中科技大學出版的高校教材《材料成型工藝》率先將消失模鑄造內容列入其中，在第二篇液態金屬鑄造成形工藝的第四章特種鑄造之中，第一節為熔模鑄造，第二節就是消失模鑄造。隨后，全國許多理工科類高校，如清華大學、華中科技大學和大連理工大學等，為配合《材料成型工藝》課程或《熱加工工藝》課程，還開設了消失模鑄造實驗課。

2005年，為配合我校精品課程《材料成型工藝》教學，我校將后續的《課程設計》分為鑄造、鍛造、焊接和注塑成型四個課程設計模塊，由學生挑選其中之一，完成課程設計，課程設計時間是3周。筆者參與《材料成型工藝》教學，講授第四章特種鑄造，同時又承擔鑄造模塊課程設計教學。鑒于大學生不太愿意選擇鑄造設計模塊的現狀，結合我校多年在消失模鑄造科研成果之優勢，筆者提出基于消失模鑄造的課程設計模式，以激發大學生對消失模鑄造的興趣，重點培養學生的三維造型和模具設計能力以及創新思維，這種課程設計模式堅持數年，收到較好的教學效果。

1 基于消失模鑄造的課程設計教學大綱概略

筆者從消失模鑄造科研和生產實際中篩選出10余種零件二維圖，分為兩類：較簡單類鑄件：如壓盤、輪轂、剎車鼓等。較復雜類鑄件：如閥體、殼體、箱體等。要求同學們根據自己對UG三維設計軟件的掌握程度，從簡單類和復雜類各選一種鑄件作為課程設計的對象。

消失模鑄造課程設計大綱概述如下：

1）參照零件二維圖，完成三維造型。確定加工余量等工藝參數后，完成鑄件三維設計。提交三維效果圖，并將三維圖轉換為二維圖，標注主要尺寸，對照零件圖進行校核；

2）在鑄件三維設計基礎上，完成泡沫模樣設計。簡單件可設計為整體泡沫模樣，復雜件（即帶復雜內腔之鑄件）的泡沫模樣則需進行泡沫模樣分塊設計；

3）基于泡沫模樣完成泡塑模具設計：重點突出泡沫模樣的型腔模設計；泡塑模具三維裝配設計需采用爆炸圖表達；細節設計包括模具定位及緊固、射料位置、抽芯機構以及活塊結構等；

4）完成消失模鑄造工藝的三維設計，包括泡沫模組串澆形式以及模組在砂箱中之澆注位置表達；

5）結合設計任務，加深對材料液態鑄造成型工藝之理解，掌握型腔模具設計思路和技巧，比較消失模鑄造與傳統砂型鑄造之利弊，完成圖文并茂的課程設計說明書。

圖1 和圖2為大學生采用UG軟件完成的較簡單之鑄件三維設計。圖3和圖4為大學生采用UG軟件完成的較復雜之鑄件三維設計。

圖1 球鐵輪轂

圖2 鑄鐵剎車轂

圖3 球鐵減殼

圖4 鑄鐵變速箱體

2 激發大學生三維造型興趣、培養型腔模具設計能力

在3周的課程設計期間，除了指導學生完成設計任務外，教師還安排同學們到消失模鑄造泡沫模樣陳列室參觀，到校園消失模鑄造實驗室和附近的泡塑模具制造現場觀摩，真實地了解消失模模具設計要點和制造流程，培養了大學生對消失模鑄造以及模具CAD/CAM的興趣。

例如2007屆的向東同學從大三開始就接觸消失模鑄造，參與到老師的消失模設計研究團隊，很快就掌握了三維設計軟件。大四報名參加消失模模具課程設計，他采用UG軟件完成的較復雜的箱體鑄件泡沫模樣的分片圖，（見圖5所示）、泡塑模具裝配圖，見圖6所示。

圖5 箱體分片設計圖

圖6 泡塑模具（凹模和凸模）裝配圖

向東同學完成的箱體設計作品，一直是我們消失模課程設計的樣板。他的畢業設計論文也是在消失模鑄造研究課題組完成。大學畢業后考研，又在我們科研組從事模具CAD/CAM/CAE方面的研究，一年半就完成碩士論文。論文答辯被評為“優”。碩士畢業后，向東同學被西門子公司高薪聘請為UGNX資深工程師及高級教務員，其創建的CAD/CAM軟件論壇目前還是CAD/CAM行業內的熱門網站。

3 借助消失模鑄造自由設計的特點，鼓勵大學生開展創新設計

在傳統鑄造的基礎上，教師講解消失模鑄造之特色，使大學生看到鑄造新技術之魅力。借助消失模鑄造比傳統鑄造更加靈活的自由設計之特點，鼓勵同學們開展創新設計。因材施教，發現有興趣的同學從事與消失模鑄造相關的畢業設計或選拔讀研學生。

案例1：2008屆學生李偉，在消失模課程設計中，在無圖紙參考的情況下，自由設計出一門銅炮（見圖7），獲得老師好評。于是我們招收李偉同學在消失模鑄造課題組完成畢業設計。在畢業設計中，讓他繼續完成銅炮的消失模模具設計及制造，做出泡沫模樣（見圖8），最后參與消失模鑄造全過程，鑄造出一門銅炮。其畢業設計論文《銅炮泡沫模樣設計與消失模鑄造》評為優秀。

案例2：2012屆的張建滿同學，也是在《材料成型工藝》課程學習中，產生了對消失模鑄造的濃厚興趣。主動報名參加消失模鑄造課程設計。在課程設計中，我們發現該同學有極好的三維設計和空間構圖能力，他在無圖紙情況下，僅參看實物圖片，便可完成大呂黃鐘（見圖9）和三足鼎立的三維設計（見圖10）。2011年，張建滿同學憑借較強的三維設計能力和鑄造工藝知識，積極參加第二屆全國永冠杯鑄造工藝設計賽，榮獲大賽一等獎。

圖7 三維設計

圖8 泡沫模樣

4 結語

圖9 鑄鐘三維設計

圖10 鑄鼎三維設計

基于消失模鑄造的課程設計是本科教學體系中的重要實踐性環節，起著將《材料成型工藝》有關鑄造理論知識轉化為實際應用能力的銜接作用。學生在消失模泡塑模樣三維造型基礎上完成泡塑成型模具設計，最后完成消失模鑄造工藝設計。消失模鑄造課程設計所需的參考書為筆者編著的《消失模鑄造圖片集》和《消失模鑄造工藝裝備設計資料匯編》。程設計參考書由教師提供給學生借閱參考，不要求學生購買，課程設計結束后歸還老師。我校基于消失模鑄造課程設計堅持數年，形成特色教學，受到學生歡迎，可在工科高校中借鑒推廣。

［1］冒國兵，張光勝，張海濤，等.材料成型及控制工程專業課程設計改革與實踐［J］.安徽工業大學學報，2009（6）：121-122.