消失模铸造教学模型的设计制作

熊伟，赵艳艳

（渤海船舶职业学院，辽宁兴城125105）

消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结合成模型簇，刷涂耐火涂层并烘干后，埋在干石英砂中震动造型，在一定的条件下浇注液体金属，使模型气化并占据模型位置，凝固冷却后形成所需铸件的方法。消失模铸造有多种叫法，国内主要的叫法有干砂实型铸造和负压实型铸造，简称EPC铸造；国外主要的叫法有Lost Foam Process（U.S.A）、Policast Process（Italy）等。与传统的铸造技术相比，消失模铸造技术具有无与伦比的优势，因此被国内外铸造界誉为“二十一世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。

在目前的铸造专业教学中，教师普遍采用示意图或实物图片进行讲解，或加入简单的动画模拟消失模铸造过程，这样的讲解方式不如实际操作直观易懂。而购置消失模铸造系统对于教学单位来说，投资成本巨大，不切实际，为了解决这一难题，拟设计一套消失模铸造演示模型。该消失模铸造模型的主体部分全部采用透明的亚克力材料制成，可视性好，能够清楚地观察消失模铸造的主要工艺过程；其他部分采用黄铜和304不锈钢过滤网制作，耐候性好，可多次反复使用。同时，该消失模铸造模型制作成本低、制作周期短、可操作性好，便于在消失模铸造教学过程中进行推广普及。通过模型的研究开发，能够进一步优化消失模铸造的工艺参数，并为其在实际生产中进一步应用提供借鉴。

1 消失模铸造模型概述

1.1 组成结构

消失模铸造模型由振实台、可抽负压的专用砂箱、负压（真空）系统等组成，其中负压系统主要由真空泵、储气罐、废气处理装置等部件构成。模型中的所有组件，小到一个螺栓，大到砂箱的主体，全部由学生亲手制作。制作材料主要有黄铜、304不锈钢及透明的亚克力材料，具有可视性好、耐候性能佳等特点，可长久反复用于消失模铸造教学演示。消失模铸造教学模型实物如图1所示。

图1 消失模铸造教学模型

1.2 操作过程

消失模铸造教学模型能够进行模拟演示，其使用方法为：在砂箱中放入适量干砂，再放入实物泡沫模型，继续撒砂，并开启振实台，将砂子振实；再打开负压系统，在砂箱内形成负压，砂箱中的气体经由连接管依次进入储气罐、废气处理装置、喉管，最终排入大气，准备浇注。

2 消失模铸造模型具体组成结构及工作原理

2.1 消失模铸造用负压砂箱

消失模铸造用负压砂箱由箱体、抽气室、阻砂网、起吊运送结构等部件组成。为满足教学要求，设计砂箱主体尺寸为160×100×100（mm3）的五面负压一面填砂的底抽式砂箱，主体部分采用亚克力材料，阻砂网采用304不锈钢材料，固定挡砂板、阻砂网和护网板的螺栓采用黄铜。砂箱的原理结构如图2所示，砂箱的模型如图3所示。

图2 砂箱原理结构图

图3 砂箱模型

考虑砂箱的整体结构要求具有一定的承载强度，外箱体采用6 mm厚的亚克力材料制作，护网板和挡砂板采用4 mm厚的亚克力板制作，护网板与挡砂板之间用自制的黄铜螺栓连接，易于维护检修；砂箱的抽气室设计合理，保证砂箱在负压状态下，砂箱内部真空整体梯度上均衡，为此吸气管开在砂箱一侧距底面3 mm左右的位置，吸气管位置如图2所示；砂箱整体采用胶接，须连续均匀，不允许有夹渣和漏气现象；通气孔在安装不锈钢筛网时，需在侧板上涂抹密封胶，用护网板固定，保证安装后通气孔不漏砂、漏气；抽气室在连接过程中，必须全部贯通，确保抽气室内气流畅通，无漏气现象。

2.2 振实台

振实台用于砂箱中干砂的紧实。在激振力的作用下，振实台产生相应频率和振幅的振动，把空气弹簧和橡胶弹簧有机地结合起来，在振动过程中使两者产生联合作用，使得振动时砂子在砂箱里连同振动台做垂直振动，而且能通过橡胶弹簧做水平运动，通过调节振动电动机的激振力和空气弹簧的刚度，达到最佳的紧实效果。该模型振实台电机振动频率的范围是2000～4500 r/min。振实台的模型如图4所示。

图4 振实台模型

2.3 储气罐

砂箱中抽出的气体由进气口导入到储气罐底部，经过水净化，从出气孔排出进入下一阶段。储气罐的结构如图5所示，储气罐的模型如图6所示。

图5 储气罐结构图

图6 储气罐模型

2.4 废气处理装置

从储气罐中排出的气体经进气口、导气管进入到废气处理装置的液体中，气体中污染物溶于液体，同时气体以小气泡的形式分别通过两层分气板逸出液体表面，从出气孔排出。两层分气板错位排列、气孔错开，有效阻碍污染物随气体排出装置，起到废气处理的作用。废气处理装置的结构如图7所示，废气处理装置的模型如图8所示。

图7 废气处理装置结构图

图8 废气处理装置模型

消失模铸造模型可以完整地模拟消失模铸造过程，且制作精良、演示过程清晰直观、可视性好，适用于消失模铸造教学及相关培训的演示、消失模铸造知识的科普等领域。同时，消失模铸造模型设计科学合理且可操作性好，便于在消失模铸造教学过程中推广普及。在消失模铸造模型设计制作的过程中，学生积极进行研发，充分调动了学习专业的热情、拓展了技术创新的视野，同时也充分发挥了校内优秀教师的智力资源，整体提高了学院的创新水平。

参考文献：

[1] 陈宗明,姜学波,类成玲.特种铸造与先进铸造技术[M].北京：化学工业出版社,2008.

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[3] 李庆丰.消失模铸负压砂箱的设计和制造[J].天津冶金,2016(3)：12-14.

[4] 闫小龙.消失模模样数字化制造技术研究[D].兰州：兰州理工大学,2016.