消失模鑄造教學(xué)模型的設(shè)計(jì)制作

孫振理

摘 要：在目前鑄造專業(yè)的教學(xué)中，教師通常使用示意圖或?qū)嵨飯D片進(jìn)行講解，或者添加簡(jiǎn)單的動(dòng)畫來(lái)模擬消失模鑄造的過(guò)程，這并不像實(shí)際操作那樣直觀易懂。為了解決這一問(wèn)題，提出了一套消失模鑄造模型的設(shè)計(jì)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(guò)程。其它部件采用黃銅和304不銹鋼濾網(wǎng)，耐候性好，可反復(fù)使用。同時(shí)，消失模鑄造模型具有生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短、可操作性好等優(yōu)點(diǎn)，便于在消失模鑄造教學(xué)過(guò)程中推廣。通過(guò)模型的研究和開發(fā)，可以進(jìn)一步優(yōu)化消失模鑄造的工藝參數(shù)，為其在實(shí)際生產(chǎn)中的進(jìn)一步應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：消失模鑄造;教學(xué)模型;設(shè)計(jì)

為了滿足鑄造教育的需要，設(shè)計(jì)并制作了一種消失模鑄造模型。該模型由專用砂箱、負(fù)壓系統(tǒng)和振動(dòng)臺(tái)組成，具有制作精良、演示過(guò)程清晰、可視性好等優(yōu)點(diǎn)。在消失模鑄造教學(xué)的應(yīng)用過(guò)程中，學(xué)生可以清晰地觀察到消失模鑄造的全過(guò)程，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的積極性，取得良好的教學(xué)效果。

一、基于消失模鑄造的課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱概述

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。

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

三、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2014屆的某同學(xué)從大三開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(jié)構(gòu)及工作原理

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。為滿足教學(xué)要求，設(shè)計(jì)砂箱主體尺寸為160×100×100（mm 3）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?？紤]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，為此吸氣管開在砂箱一側(cè)距底面3 mm左右的位置，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.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。

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。.

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，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(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。

總之，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。

參考文獻(xiàn)

[1]陳學(xué)玲.淺談消失模鑄造教學(xué)模型的設(shè)計(jì)制作.2017.

[2]黃升田.消失模鑄造教學(xué)模型的設(shè)計(jì)制作的探討.2018.