設計微小型砂型造型造芯實驗在鑄造教學中的嘗試

蘇思超 徐戎 唐黔湘

摘 ? 要：砂型鑄造是指在砂型中生產鑄件的加工方法，由于砂型鑄造所用的造型材料價格低廉且容易獲得，因此得到了廣泛應用，長期以來，一直是鑄造生產中的基本工藝。而在實際教學中，常偏向于理論教學，因此本文意在設計微小型砂型造型造芯實驗并應用于現場的課堂教學中，通過把實驗環節帶進課堂，來提升學生興趣，增強對知識點的理解。

關鍵詞：砂型鑄造 ?造型造芯實驗 ?課堂教學

中圖分類號：G64 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0212-02

Abstract： Sand casting refers to the processing method of producing castings in sand mould. Because the molding materials used in sand casting are cheap and easy to obtain， it has been widely used and has been the basic technology in casting production for a long time. In practical teaching， it tends to focus on theoretical teaching. Therefore， this paper intends to design the core-making experiment of miniature sand moulding and apply it to the classroom teaching on the spot. By bringing the experimental link into the classroom， it can enhance students'interest and understanding of knowledge points.

Key Words： Sand casting; Ccore-making experiments; Classroom teaching

鑄造是《金屬工藝學》中重要的一個章節，同時也是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，被鑄金屬有：銅、鐵、鋁、錫、鉛等[1-2]，是將金屬熔煉成符合一定要求的熔液并澆入到鑄型里，經冷卻凝固、清整處理后得到預定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。尤其是在一些大型器件或形狀復雜的腔體結構加工等領域，鑄造依然是一種離不開的重要加工工藝[3-4]。

進入20世紀，隨著各行各業的飛速發展，鑄造的發展速度也很快，其重要因素之一是產品技術的進步，比如汽車、飛機、輪船等重工業中各種鑄件的大量應用[5-6]，要求鑄件有更好的機械物理性能，同時具有良好的機械加工性能。另外隨著檢測工具和手段的日益完善，研究金屬凝固的理論機理日益健全，從而也促進了鑄造的發展。

由于鑄造加工工藝特點，因此一般理論教學和實驗教學常時分開進行的，因此如何做到理論知識與實踐環節的結合[7]，正是本文意在通過設計微小型砂型造型造芯實驗在課堂的展示，對澆注金屬熔液過程受條件的限制故在教學中不演示，把部分實驗環節帶進課堂，來提升學生的學習興趣和實踐感知能力，增強對知識點的理解與掌握。

1 ?普通砂型鑄造的特點

鑄造工藝可分為三個基本過程，即鑄造金屬準備、鑄型準備和鑄件處理[3]。鑄造金屬是指鑄造生產中用于澆注鑄件的金屬材料，應用較多金屬材料有鐵合金、鋁合金等。

（1）金屬熔煉不僅僅是單純的熔化，還包括澆注金屬，在溫度、化學成分等方面都要達到預期要求。鑄造工藝的優點和缺點都是非常明顯的，如下所示。

優點：

①可以生產形狀復雜的零件;

②適應性非常廣，輕到幾克，重到幾百噸都可以生產;

③鑄件的形狀與零件非常接近，減少了切削量，節約了材料，減少了浪費;

④應用廣泛，在汽車、飛機、輪船、農業機械、機床等領域都有廣泛應用。

缺點：

①機械性能不如鍛件，如微觀晶粒組織粗大，容易斷裂，缺陷較多;

②砂型鑄造中對工人的工藝水平要求較高，勞動強度大;

③鑄件質量不穩定，易產生缺陷，廢品率高。

（2）鑄型準備包括造型材料準備和造型、造芯兩大項工作。

造型、造芯是根據所要鑄造的形狀來確定的，并且造型和造芯決定了鑄件精度。因此本文主要針對的是這個過程，如何來實現造型和造芯，讓學生在實踐中，掌握造型和造芯的知識要點。

（3）鑄件澆注冷卻后從鑄型中取出，帶有有澆口、冒口、金屬毛刺、披縫，還粘附著砂子，因此必須經過清理工序。

2 ?設計微小型砂型鑄造實驗

從砂型鑄造的特點可以知道，制造砂型和砂芯的鑄造過程中重要的加工工藝流程，直接影響到鑄造合金的綜合性能，因此讓學生掌握砂型制造和砂芯制造過程，在鑄造過程中是非常重要的。

因此設計微小型的砂型造型和造芯實驗，在上課的課堂上完成教學過程，有利于學生對所講解的內容當堂理解和消化吸收。

（1）造型材料和工藝設備。

準備一定的造型材料，砂、水、粘接劑和附加物。并準備一定的工藝設備，如模樣、芯盒，砂箱。

（2）造型。

用型砂及模樣等工藝設備制作砂型的過程稱為造型，是砂型鑄造最基本的工序。

（3）造芯。

型芯安放在型腔內部，用以形成鑄件的內腔或局部外形。

（4）澆注系統。

鑄型中引導金屬液流入型腔的通道稱為澆注系統。

（5）合型。

將上砂型、下砂型、砂芯等組合成完整鑄型的過程稱為合型。

按照上述的這個五個基本的過程來設計微小型的砂型鑄造實驗，便于學生在課堂上完成對知識點的理解和掌握，達到一個理想的教學效果。

圖2為學生在金工實習過程中進行砂型造型造芯的過程，我們可設計微小型的便攜式的造型造芯實驗工具箱，便于在課堂上進行講解知識內容。這樣的微小型、便攜式工具箱的成本很低，是完全可以實現的。

3 ?結語

通過設計微小型砂型造型造芯實驗在鑄造教學中的應用，在課堂現場條件下，直接通過親身體驗與嘗試，來掌握砂型造型造芯工藝過程，達到理論與實踐的高度結合，更好的理解和掌握砂型鑄造的知識內容。

參考文獻

[1] 張曉光，韋洲，楊雪.鑄鋼支架熔模鑄造工藝優化[J].鑄造技術，2018，39（5）：101-103.

[2] 吳定濤.熔模精密鑄造工藝生產高強度鋁合金大型鑄件的實踐[J].鑄造技術，2012（1）：59-62.

[3] 王健民.金屬工藝學[M].2版.北京：中國電力出版社，2009.

[4] 周世權，黃勝智，趙軼，等.工程訓練與機械制造基礎綜合課程的探索與實踐——以鑄造工藝為案例[J].實驗室研究與探索，2018，37（4）：213-219.

[5] 王品清.高質量機床球鐵鑄件關鍵鑄造工藝及應用[J].科技風，2019（9）：137.

[6] 趙偉.礦山機械設備鑄件鑄造工藝分析[J].山東工業技術，2019（8）：72.

[7] 周世權，黃勝智，趙軼，等.理論-實踐結合的鑄造工藝教學案例分析[J].教育教學論壇，2017（29）：186-188.