消失模鑄造教學(xué)模型的設(shè)計(jì)制作

熊偉，趙艷艷

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105）

消失模鑄造技術(shù)是將與鑄件尺寸形狀相似的發(fā)泡塑料模型粘結(jié)合成模型簇，刷涂耐火涂層并烘干后，埋在干石英砂中震動(dòng)造型，在一定的條件下澆注液體金屬，使模型氣化并占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成所需鑄件的方法。消失模鑄造有多種叫法，國(guó)內(nèi)主要的叫法有干砂實(shí)型鑄造和負(fù)壓實(shí)型鑄造，簡(jiǎn)稱(chēng)EPC鑄造；國(guó)外主要的叫法有Lost Foam Process（U.S.A）、Policast Process（Italy）等。與傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，因此被國(guó)內(nèi)外鑄造界譽(yù)為“二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。

在目前的鑄造專(zhuān)業(yè)教學(xué)中，教師普遍采用示意圖或?qū)嵨飯D片進(jìn)行講解，或加入簡(jiǎn)單的動(dòng)畫(huà)模擬消失模鑄造過(guò)程，這樣的講解方式不如實(shí)際操作直觀易懂。而購(gòu)置消失模鑄造系統(tǒng)對(duì)于教學(xué)單位來(lái)說(shuō)，投資成本巨大，不切實(shí)際，為了解決這一難題，擬設(shè)計(jì)一套消失模鑄造演示模型。該消失模鑄造模型的主體部分全部采用透明的亞克力材料制成，可視性好，能夠清楚地觀察消失模鑄造的主要工藝過(guò)程；其他部分采用黃銅和304不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)制作，耐候性好，可多次反復(fù)使用。同時(shí)，該消失模鑄造模型制作成本低、制作周期短、可操作性好，便于在消失模鑄造教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行推廣普及。通過(guò)模型的研究開(kāi)發(fā)，能夠進(jìn)一步優(yōu)化消失模鑄造的工藝參數(shù)，并為其在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)一步應(yīng)用提供借鑒。

1 消失模鑄造模型概述

1.1 組成結(jié)構(gòu)

消失模鑄造模型由振實(shí)臺(tái)、可抽負(fù)壓的專(zhuān)用砂箱、負(fù)壓（真空）系統(tǒng)等組成，其中負(fù)壓系統(tǒng)主要由真空泵、儲(chǔ)氣罐、廢氣處理裝置等部件構(gòu)成。模型中的所有組件，小到一個(gè)螺栓，大到砂箱的主體，全部由學(xué)生親手制作。制作材料主要有黃銅、304不銹鋼及透明的亞克力材料，具有可視性好、耐候性能佳等特點(diǎn)，可長(zhǎng)久反復(fù)用于消失模鑄造教學(xué)演示。消失模鑄造教學(xué)模型實(shí)物如圖1所示。

圖1 消失模鑄造教學(xué)模型

1.2 操作過(guò)程

消失模鑄造教學(xué)模型能夠進(jìn)行模擬演示，其使用方法為：在砂箱中放入適量干砂，再放入實(shí)物泡沫模型，繼續(xù)撒砂，并開(kāi)啟振實(shí)臺(tái)，將砂子振實(shí)；再打開(kāi)負(fù)壓系統(tǒng)，在砂箱內(nèi)形成負(fù)壓，砂箱中的氣體經(jīng)由連接管依次進(jìn)入儲(chǔ)氣罐、廢氣處理裝置、喉管，最終排入大氣，準(zhǔn)備澆注。

2 消失模鑄造模型具體組成結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 消失模鑄造用負(fù)壓砂箱

消失模鑄造用負(fù)壓砂箱由箱體、抽氣室、阻砂網(wǎng)、起吊運(yùn)送結(jié)構(gòu)等部件組成。為滿(mǎn)足教學(xué)要求，設(shè)計(jì)砂箱主體尺寸為160×100×100（mm3）的五面負(fù)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(wǎng)采用304不銹鋼材料，固定擋砂板、阻砂網(wǎng)和護(hù)網(wǎng)板的螺栓采用黃銅。砂箱的原理結(jié)構(gòu)如圖2所示，砂箱的模型如圖3所示。

圖2 砂箱原理結(jié)構(gòu)圖

圖3 砂箱模型

考慮砂箱的整體結(jié)構(gòu)要求具有一定的承載強(qiáng)度，外箱體采用6 mm厚的亞克力材料制作，護(hù)網(wǎng)板和擋砂板采用4 mm厚的亞克力板制作，護(hù)網(wǎng)板與擋砂板之間用自制的黃銅螺栓連接，易于維護(hù)檢修；砂箱的抽氣室設(shè)計(jì)合理，保證砂箱在負(fù)壓狀態(tài)下，砂箱內(nèi)部真空整體梯度上均衡，為此吸氣管開(kāi)在砂箱一側(cè)距底面3 mm左右的位置，吸氣管位置如圖2所示；砂箱整體采用膠接，須連續(xù)均勻，不允許有夾渣和漏氣現(xiàn)象；通氣孔在安裝不銹鋼篩網(wǎng)時(shí)，需在側(cè)板上涂抹密封膠，用護(hù)網(wǎng)板固定，保證安裝后通氣孔不漏砂、漏氣；抽氣室在連接過(guò)程中，必須全部貫通，確保抽氣室內(nèi)氣流暢通，無(wú)漏氣現(xiàn)象。

2.2 振實(shí)臺(tái)

振實(shí)臺(tái)用于砂箱中干砂的緊實(shí)。在激振力的作用下，振實(shí)臺(tái)產(chǎn)生相應(yīng)頻率和振幅的振動(dòng)，把空氣彈簧和橡膠彈簧有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在振動(dòng)過(guò)程中使兩者產(chǎn)生聯(lián)合作用，使得振動(dòng)時(shí)砂子在砂箱里連同振動(dòng)臺(tái)做垂直振動(dòng)，而且能通過(guò)橡膠彈簧做水平運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的激振力和空氣彈簧的剛度，達(dá)到最佳的緊實(shí)效果。該模型振實(shí)臺(tái)電機(jī)振動(dòng)頻率的范圍是2000～4500 r/min。振實(shí)臺(tái)的模型如圖4所示。

圖4 振實(shí)臺(tái)模型

2.3 儲(chǔ)氣罐

砂箱中抽出的氣體由進(jìn)氣口導(dǎo)入到儲(chǔ)氣罐底部，經(jīng)過(guò)水凈化，從出氣孔排出進(jìn)入下一階段。儲(chǔ)氣罐的結(jié)構(gòu)如圖5所示，儲(chǔ)氣罐的模型如圖6所示。

圖5 儲(chǔ)氣罐結(jié)構(gòu)圖

圖6 儲(chǔ)氣罐模型

2.4 廢氣處理裝置

從儲(chǔ)氣罐中排出的氣體經(jīng)進(jìn)氣口、導(dǎo)氣管進(jìn)入到廢氣處理裝置的液體中，氣體中污染物溶于液體，同時(shí)氣體以小氣泡的形式分別通過(guò)兩層分氣板逸出液體表面，從出氣孔排出。兩層分氣板錯(cuò)位排列、氣孔錯(cuò)開(kāi)，有效阻礙污染物隨氣體排出裝置，起到廢氣處理的作用。廢氣處理裝置的結(jié)構(gòu)如圖7所示，廢氣處理裝置的模型如圖8所示。

圖7 廢氣處理裝置結(jié)構(gòu)圖

圖8 廢氣處理裝置模型

消失模鑄造模型可以完整地模擬消失模鑄造過(guò)程，且制作精良、演示過(guò)程清晰直觀、可視性好，適用于消失模鑄造教學(xué)及相關(guān)培訓(xùn)的演示、消失模鑄造知識(shí)的科普等領(lǐng)域。同時(shí)，消失模鑄造模型設(shè)計(jì)科學(xué)合理且可操作性好，便于在消失模鑄造教學(xué)過(guò)程中推廣普及。在消失模鑄造模型設(shè)計(jì)制作的過(guò)程中，學(xué)生積極進(jìn)行研發(fā)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)的熱情、拓展了技術(shù)創(chuàng)新的視野，同時(shí)也充分發(fā)揮了校內(nèi)優(yōu)秀教師的智力資源，整體提高了學(xué)院的創(chuàng)新水平。

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