消失模铸造教学模型的设计制作

孙振理

摘 要：在目前铸造专业的教学中，教师通常使用示意图或实物图片进行讲解，或者添加简单的动画来模拟消失模铸造的过程，这并不像实际操作那样直观易懂。为了解决这一问题，提出了一套消失模铸造模型的设计方案。消失模铸造模型主体采用透明丙烯酸材料制成，具有良好的可视性，可以清晰地观察到消失模铸造的主要过程。其它部件采用黄铜和304不锈钢滤网，耐候性好，可反复使用。同时，消失模铸造模型具有生产成本低、生产周期短、可操作性好等优点，便于在消失模铸造教学过程中推广。通过模型的研究和开发，可以进一步优化消失模铸造的工艺参数，为其在实际生产中的进一步应用提供参考。

关键词：消失模铸造;教学模型;设计

为了满足铸造教育的需要，设计并制作了一种消失模铸造模型。该模型由专用砂箱、负压系统和振动台组成，具有制作精良、演示过程清晰、可视性好等优点。在消失模铸造教学的应用过程中，学生可以清晰地观察到消失模铸造的全过程，调动学生学习专业知识的积极性，取得良好的教学效果。

一、基于消失模铸造的课程设计教学大纲概述

从消失模铸造科研和生产实际中筛选出10余种零件二维图，分为两类：较简单类铸件：如压盘、轮毂、刹车鼓等。较复杂类铸件：如阀体、壳体、箱体等。要求同学们根据自己对UG三维设计软件的掌握程度，从简单类和复杂类各选一种铸件作为课程设计的对象。消失模铸造课程设计大纲概述如下：

1.参照零件二维图，完成三维造型。确定加工余量等工艺参数后，完成铸件三维设计。提交三维效果图，并将三维图转换为二维图，标注主要尺寸，对照零件图进行校核;

2.在铸件三维设计基础上，完成泡沫模样设计。简单件可设计为整体泡沫模样，复杂件（即带复杂内腔之铸件）的泡沫模样则需进行泡沫模样分块设计;

3.基于泡沫模样完成泡塑模具设计：重点突出泡沫模样的型腔模设计;泡塑模具三维装配设计需采用爆炸图表达;细节设计包括模具定位及紧固、射料位置、抽芯机构以及活块结构等;

4.完成消失模铸造工艺的三维设计，包括泡沫模组串浇形式以及模组在砂箱中之浇注位置表达;

5.结合设计任务，加深对材料液态铸造成型工艺之理解，掌握型腔模具设计思路和技巧，比较消失模铸造与传统砂型铸造之利弊，完成图文并茂的课程设计说明书。

二、借助消失模铸造自由设计的特点，鼓励大学生开展创新设计

在传统铸造的基础上，教师讲解消失模铸造之特色，使大学生看到铸造新技术之魅力。借助消失模铸造比传统铸造更加灵活的自由设计之特点，鼓励同学们开展创新设计。因材施教，发现有兴趣的同学从事与消失模铸造相关的毕业设计或选拔读研学生。

案例1：2013届学生李伟，在消失模课程设计中，在无图纸参考的情况下，自由设计出一门铜炮，获得老师好评。于是我们招收李伟同学在消失模铸造课题组完成毕业设计。在毕业设计中，让他继续完成铜炮的消失模模具设计及制造，做出泡沫模样，最后参与消失模铸造全过程，铸造出一门铜炮。其毕业设计论文《铜炮泡沫模样设计与消失模铸造》评为优秀。

案例2：2015届的同学，也是在《材料成型工艺》课程学习中，产生了对消失模铸造的浓厚兴趣。主动报名参加消失模铸造课程设计。在课程设计中，我们发现该同学有极好的三维设计和空间构图能力，他在无图纸情况下，仅参看实物图片，便可完成大吕黄钟和三足鼎立的三维设计。2016年，同学凭借较强的三维设计能力和铸造工艺知识，积极参加第二届全国永冠杯铸造工艺设计赛，荣获大赛一等奖。

三、激发大学生三维造型兴趣、培养型腔模具设计能力

在3周的课程设计期间，除了指导学生完成设计任务外，教师还安排同学们到消失模铸造泡沫模样陈列室参观，到校园消失模铸造实验室和附近的泡塑模具制造现场观摩，真实地了解消失模模具设计要点和制造流程，培养了大学生对消失模铸造以及模具CAD/CAM的兴趣。例如2014届的某同学从大三开始就接触消失模铸造，参与到老师的消失模设计研究团队，很快就掌握了三维设计软件。大四报名参加消失模模具课程设计，他采用UG软件完成的较复杂的箱体铸件泡沫模样的分片图，（见图1所示）、泡塑模具装配图，见图2所示。

四、消失模铸造模型具体组成结构及工作原理

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（mm 3）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。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，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.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。

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。.

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裝置的液体中，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。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。

总之，基于消失模铸造的课程设计模式，以激发大学生对消失模铸造的兴趣，重点培养学生的三维造型和模具设计能力以及创新思维，这种课程设计模式坚持数年，收到较好的教学效果。

参考文献

[1]陈学玲.浅谈消失模铸造教学模型的设计制作.2017.

[2]黄升田.消失模铸造教学模型的设计制作的探讨.2018.