基于消失模鑄造的課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式之探索

葉升平，吳志超

（華中科技大學(xué)材料成型及模具國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430000）

鑒于消失模鑄造新工藝已在我國(guó)普及推廣，2004年華中科技大學(xué)出版的高校教材《材料成型工藝》率先將消失模鑄造內(nèi)容列入其中，在第二篇液態(tài)金屬鑄造成形工藝的第四章特種鑄造之中，第一節(jié)為熔模鑄造，第二節(jié)就是消失模鑄造。隨后，全國(guó)許多理工科類高校，如清華大學(xué)、華中科技大學(xué)和大連理工大學(xué)等，為配合《材料成型工藝》課程或《熱加工工藝》課程，還開(kāi)設(shè)了消失模鑄造實(shí)驗(yàn)課。

2005年，為配合我校精品課程《材料成型工藝》教學(xué)，我校將后續(xù)的《課程設(shè)計(jì)》分為鑄造、鍛造、焊接和注塑成型四個(gè)課程設(shè)計(jì)模塊，由學(xué)生挑選其中之一，完成課程設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)時(shí)間是3周。筆者參與《材料成型工藝》教學(xué)，講授第四章特種鑄造，同時(shí)又承擔(dān)鑄造模塊課程設(shè)計(jì)教學(xué)。鑒于大學(xué)生不太愿意選擇鑄造設(shè)計(jì)模塊的現(xiàn)狀，結(jié)合我校多年在消失模鑄造科研成果之優(yōu)勢(shì)，筆者提出基于消失模鑄造的課程設(shè)計(jì)模式，以激發(fā)大學(xué)生對(duì)消失模鑄造的興趣，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的三維造型和模具設(shè)計(jì)能力以及創(chuàng)新思維，這種課程設(shè)計(jì)模式堅(jiān)持?jǐn)?shù)年，收到較好的教學(xué)效果。

1 基于消失模鑄造的課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱概略

筆者從消失模鑄造科研和生產(chǎn)實(shí)際中篩選出10余種零件二維圖，分為兩類：較簡(jiǎn)單類鑄件：如壓盤、輪轂、剎車鼓等。較復(fù)雜類鑄件：如閥體、殼體、箱體等。要求同學(xué)們根據(jù)自己對(duì)UG三維設(shè)計(jì)軟件的掌握程度，從簡(jiǎn)單類和復(fù)雜類各選一種鑄件作為課程設(shè)計(jì)的對(duì)象。

消失模鑄造課程設(shè)計(jì)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(shù)后，完成鑄件三維設(shè)計(jì)。提交三維效果圖，并將三維圖轉(zhuǎn)換為二維圖，標(biāo)注主要尺寸，對(duì)照零件圖進(jìn)行校核；

2）在鑄件三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，完成泡沫模樣設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單件可設(shè)計(jì)為整體泡沫模樣，復(fù)雜件（即帶復(fù)雜內(nèi)腔之鑄件）的泡沫模樣則需進(jìn)行泡沫模樣分塊設(shè)計(jì)；

3）基于泡沫模樣完成泡塑模具設(shè)計(jì)：重點(diǎn)突出泡沫模樣的型腔模設(shè)計(jì)；泡塑模具三維裝配設(shè)計(jì)需采用爆炸圖表達(dá)；細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)包括模具定位及緊固、射料位置、抽芯機(jī)構(gòu)以及活塊結(jié)構(gòu)等；

4）完成消失模鑄造工藝的三維設(shè)計(jì)，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(dá)；

5）結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)，加深對(duì)材料液態(tài)鑄造成型工藝之理解，掌握型腔模具設(shè)計(jì)思路和技巧，比較消失模鑄造與傳統(tǒng)砂型鑄造之利弊，完成圖文并茂的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。

圖1 和圖2為大學(xué)生采用UG軟件完成的較簡(jiǎn)單之鑄件三維設(shè)計(jì)。圖3和圖4為大學(xué)生采用UG軟件完成的較復(fù)雜之鑄件三維設(shè)計(jì)。

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(fā)大學(xué)生三維造型興趣、培養(yǎng)型腔模具設(shè)計(jì)能力

在3周的課程設(shè)計(jì)期間，除了指導(dǎo)學(xué)生完成設(shè)計(jì)任務(wù)外，教師還安排同學(xué)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(shí)驗(yàn)室和附近的泡塑模具制造現(xiàn)場(chǎng)觀摩，真實(shí)地了解消失模模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)和制造流程，培養(yǎng)了大學(xué)生對(duì)消失模鑄造以及模具CAD/CAM的興趣。

例如2007屆的向東同學(xué)從大三開(kāi)始就接觸消失模鑄造，參與到老師的消失模設(shè)計(jì)研究團(tuán)隊(duì)，很快就掌握了三維設(shè)計(jì)軟件。大四報(bào)名參加消失模模具課程設(shè)計(jì)，他采用UG軟件完成的較復(fù)雜的箱體鑄件泡沫模樣的分片圖，（見(jiàn)圖5所示）、泡塑模具裝配圖，見(jiàn)圖6所示。

圖5 箱體分片設(shè)計(jì)圖

圖6 泡塑模具（凹模和凸模）裝配圖

向東同學(xué)完成的箱體設(shè)計(jì)作品，一直是我們消失模課程設(shè)計(jì)的樣板。他的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文也是在消失模鑄造研究課題組完成。大學(xué)畢業(yè)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(píng)為“優(yōu)”。碩士畢業(yè)后，向東同學(xué)被西門子公司高薪聘請(qǐng)為UGNX資深工程師及高級(jí)教務(wù)員，其創(chuàng)建的CAD/CAM軟件論壇目前還是CAD/CAM行業(yè)內(nèi)的熱門網(wǎng)站。

3 借助消失模鑄造自由設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，鼓勵(lì)大學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)鑄造的基礎(chǔ)上，教師講解消失模鑄造之特色，使大學(xué)生看到鑄造新技術(shù)之魅力。借助消失模鑄造比傳統(tǒng)鑄造更加靈活的自由設(shè)計(jì)之特點(diǎn)，鼓勵(lì)同學(xué)們開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)。因材施教，發(fā)現(xiàn)有興趣的同學(xué)從事與消失模鑄造相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)或選拔讀研學(xué)生。

案例1：2008屆學(xué)生李偉，在消失模課程設(shè)計(jì)中，在無(wú)圖紙參考的情況下，自由設(shè)計(jì)出一門銅炮（見(jiàn)圖7），獲得老師好評(píng)。于是我們招收李偉同學(xué)在消失模鑄造課題組完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，讓他繼續(xù)完成銅炮的消失模模具設(shè)計(jì)及制造，做出泡沫模樣（見(jiàn)圖8），最后參與消失模鑄造全過(guò)程，鑄造出一門銅炮。其畢業(yè)設(shè)計(jì)論文《銅炮泡沫模樣設(shè)計(jì)與消失模鑄造》評(píng)為優(yōu)秀。

案例2：2012屆的張建滿同學(xué)，也是在《材料成型工藝》課程學(xué)習(xí)中，產(chǎn)生了對(duì)消失模鑄造的濃厚興趣。主動(dòng)報(bào)名參加消失模鑄造課程設(shè)計(jì)。在課程設(shè)計(jì)中，我們發(fā)現(xiàn)該同學(xué)有極好的三維設(shè)計(jì)和空間構(gòu)圖能力，他在無(wú)圖紙情況下，僅參看實(shí)物圖片，便可完成大呂黃鐘（見(jiàn)圖9）和三足鼎立的三維設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖10）。2011年，張建滿同學(xué)憑借較強(qiáng)的三維設(shè)計(jì)能力和鑄造工藝知識(shí)，積極參加第二屆全國(guó)永冠杯鑄造工藝設(shè)計(jì)賽，榮獲大賽一等獎(jiǎng)。

圖7 三維設(shè)計(jì)

圖8 泡沫模樣

4 結(jié)語(yǔ)

圖9 鑄鐘三維設(shè)計(jì)

圖10 鑄鼎三維設(shè)計(jì)

基于消失模鑄造的課程設(shè)計(jì)是本科教學(xué)體系中的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，起著將《材料成型工藝》有關(guān)鑄造理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用能力的銜接作用。學(xué)生在消失模泡塑模樣三維造型基礎(chǔ)上完成泡塑成型模具設(shè)計(jì)，最后完成消失模鑄造工藝設(shè)計(jì)。消失模鑄造課程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)資料匯編》。程設(shè)計(jì)參考書由教師提供給學(xué)生借閱參考，不要求學(xué)生購(gòu)買，課程設(shè)計(jì)結(jié)束后歸還老師。我?；谙ｈT造課程設(shè)計(jì)堅(jiān)持?jǐn)?shù)年，形成特色教學(xué)，受到學(xué)生歡迎，可在工科高校中借鑒推廣。

［1］冒國(guó)兵，張光勝，張海濤，等.材料成型及控制工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（6）：121-122.