消失模鑄造教學模型的設計制作

孫振理

摘 要：在目前鑄造專業的教學中，教師通常使用示意圖或實物圖片進行講解，或者添加簡單的動畫來模擬消失模鑄造的過程，這并不像實際操作那樣直觀易懂。為了解決這一問題，提出了一套消失模鑄造模型的設計方案。消失模鑄造模型主體采用透明丙烯酸材料制成，具有良好的可視性，可以清晰地觀察到消失模鑄造的主要過程。其它部件采用黃銅和304不銹鋼濾網，耐候性好，可反復使用。同時，消失模鑄造模型具有生產成本低、生產周期短、可操作性好等優點，便于在消失模鑄造教學過程中推廣。通過模型的研究和開發，可以進一步優化消失模鑄造的工藝參數，為其在實際生產中的進一步應用提供參考。

關鍵詞：消失模鑄造;教學模型;設計

為了滿足鑄造教育的需要，設計并制作了一種消失模鑄造模型。該模型由專用砂箱、負壓系統和振動臺組成，具有制作精良、演示過程清晰、可視性好等優點。在消失模鑄造教學的應用過程中，學生可以清晰地觀察到消失模鑄造的全過程，調動學生學習專業知識的積極性，取得良好的教學效果。

一、基于消失模鑄造的課程設計教學大綱概述

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。

二、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1：2013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，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，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2：2015屆的同學，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，便可完成大呂黃鐘和三足鼎立的三維設計。2016年，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。

三、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2014屆的某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1所示）、泡塑模具裝配圖，見圖2所示。

四、消失模鑄造模型具體組成結構及工作原理

1.消失模鑄造用負壓砂箱。消失模鑄造用負壓砂箱由箱體、抽氣室、阻砂網、起吊運送結構等部件組成。為滿足教學要求，設計砂箱主體尺寸為160×100×100（mm 3）的五面負壓一面填砂的底抽式砂箱，主體部分采用亞克力材料，阻砂網采用304不銹鋼材料，固定擋砂板、阻砂網和護網板的螺栓采用黃銅。考慮砂箱的整體結構要求具有一定的承載強度，外箱體采用6 mm厚的亞克力材料制作，護網板和擋砂板采用4 mm厚的亞克力板制作，護網板與擋砂板之間用自制的黃銅螺栓連接，易于維護檢修;砂箱的抽氣室設計合理，保證砂箱在負壓狀態下，砂箱內部真空整體梯度上均衡，為此吸氣管開在砂箱一側距底面3 mm左右的位置，砂箱整體采用膠接，須連續均勻，不允許有夾渣和漏氣現象;通氣孔在安裝不銹鋼篩網時，需在側板上涂抹密封膠，用護網板固定，保證安裝后通氣孔不漏砂、漏氣;抽氣室在連接過程中，必須全部貫通，確保抽氣室內氣流暢通，無漏氣現象。

2.振實臺。振實臺用于砂箱中干砂的緊實。在激振力的作用下，振實臺產生相應頻率和振幅的振動，把空氣彈簧和橡膠彈簧有機地結合起來，在振動過程中使兩者產生聯合作用，使得振動時砂子在砂箱里連同振動臺做垂直振動，而且能通過橡膠彈簧做水平運動，通過調節振動電動機的激振力和空氣彈簧的剛度，達到最佳的緊實效果。該模型振實臺電機振動頻率的范圍是2000～4500 r/min。

3.儲氣罐。砂箱中抽出的氣體由進氣口導入到儲氣罐底部，經過水凈化，從出氣孔排出進入下一階段。.

4.廢氣處理裝置。從儲氣罐中排出的氣體經進氣口、導氣管進入到廢氣處理裝置的液體中，氣體中污染物溶于液體，同時氣體以小氣泡的形式分別通過兩層分氣板逸出液體表面，從出氣孔排出。兩層分氣板錯位排列、氣孔錯開，有效阻礙污染物隨氣體排出裝置，起到廢氣處理的作用。消失模鑄造模型可以完整地模擬消失模鑄造過程，且制作精良、演示過程清晰直觀、可視性好，適用于消失模鑄造教學及相關培訓的演示、消失模鑄造知識的科普等領域。同時，消失模鑄造模型設計科學合理且可操作性好，便于在消失模鑄造教學過程中推廣普及。在消失模鑄造模型設計制作的過程中，學生積極進行研發，充分調動了學習專業的熱情、拓展了技術創新的視野，同時也充分發揮了校內優秀教師的智力資源，整體提高了學院的創新水平。

總之，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。

參考文獻

[1]陳學玲.淺談消失模鑄造教學模型的設計制作.2017.

[2]黃升田.消失模鑄造教學模型的設計制作的探討.2018.