（太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原030024）

·教學(xué)研究·

消失模鑄造工藝品大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐與研究

王錄才，李喬，游曉紅，王芳，高鴻翔，楊云山

（太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原030024）

消失模鑄造工藝具有過程簡單、環(huán)保、近無余量以及模型設(shè)計和制造具有很大的自由度等特點。本文采用消失模工藝，成功鑄造了太原科技大學(xué)校徽、自行車和杯子三種藝術(shù)品鑄件。通過多學(xué)科知識的融合、課堂理論知識和實驗實踐相交匯，培養(yǎng)提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐動手能力，探索了一種新的教學(xué)模式。

消失模鑄造；鋁合金；工藝品；大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練

消失模鑄造是近年來發(fā)展非常迅速的一種新型鑄造工藝方法，具有工藝過程簡單，適用范圍廣，污染少，環(huán)境好等優(yōu)點，其應(yīng)用范圍日趨廣泛，近年來應(yīng)用消失模工藝鑄造出很多優(yōu)秀的藝術(shù)品鑄件[1]。由于消失模鑄造的模型設(shè)計和制造具有很大的自由度，適合于學(xué)生充分發(fā)揮各自的設(shè)計思想和潛能，并能充分利用所學(xué)的基礎(chǔ)知識而較少受到設(shè)備等硬件條件的限制，其已成為鑄造專業(yè)本科教學(xué)中的一項重要內(nèi)容[2]；另一方面，根據(jù)消失鑄造特點和實驗室條件，本項目選擇了太原科技大學(xué)校徽、自行車和杯子三種物件作為目標(biāo)產(chǎn)品，通過三維結(jié)構(gòu)設(shè)計、模樣制作、鑄造工藝設(shè)計、造型、澆注、后處理等工序成功制作了合格的鋁合金藝術(shù)品鑄件。通過整個制作過程的鍛煉，將計算機(jī)三維設(shè)計及制圖、數(shù)控加工、鑄造專業(yè)知識、實踐動手等多學(xué)科知識和能力相融合，使學(xué)生在掌握知識的同時，創(chuàng)新思維能力得到了鍛煉和提高。

1 項目方案

本項目采用Z L102作為鑄造藝術(shù)品原材料，用聚苯乙烯板材制作藝術(shù)品模樣，分別設(shè)計太原科技大學(xué)?；?、自行車和杯子三種藝術(shù)品模型。校徽和自行車模樣用熱切割機(jī)和手工方法制作，杯子采用U G進(jìn)行三維造型，后經(jīng)數(shù)控加工制得[3]。

消失模鑄造鋁合金藝術(shù)品工藝過程：設(shè)計藝術(shù)品模樣—制作模樣—粘接澆注系統(tǒng)—涂覆涂料—烘干模樣—造型—熔煉—澆注—清理鑄件—得到合格藝術(shù)品。

2 藝術(shù)品鑄件實例

2.1 太原科技大學(xué)?；罩谱?/p>

首先選擇厚度為1 c m的聚苯乙烯板材，制作“太原科技大學(xué)”?；占捌渌糠?，如圖1所示。由于?；漳Ｐ徒Y(jié)構(gòu)相對簡單，采用頂注式的澆注方式，模樣平放，模樣背面中心部位與直澆道用冷膠粘結(jié)起來，直澆道的尺寸為18 mm×18 mm×100 mm.粘結(jié)固定好后，用攪拌好的涂料涂覆在模樣表面，涂層厚度最好為0.5 c m左右，太薄容易產(chǎn)生粘砂缺陷，增大清理難度，太厚易造成金屬液流動變慢，產(chǎn)生澆不足、冷隔缺陷。涂完涂料后，把模樣放到空氣中空冷，待涂料不再滴落為止。再放到干燥箱中，溫度為50℃左右，時間為24 h以上，確保模樣和涂料中的水分被完全蒸發(fā)，干燥好的?；漳Ｐ腿鐖D2所示。

圖1 ?；漳?/p>

圖2 干燥后模樣

消失模鑄造直接采用干砂進(jìn)行造型，把模樣擺放在砂箱中，然后手動進(jìn)行填砂，等干砂漫過模樣一半，進(jìn)行一次三維振動緊實，繼續(xù)填砂，直至蓋過模樣，再振動一次，保證模樣被緊實填充，最后在干砂上面覆蓋一層塑料，把澆口杯放在直澆道上，等待澆注。

試驗中Z L102鋁合金用石墨坩堝熔煉，熔煉采用7.5 k W的電阻爐，用溫控儀進(jìn)行控溫，溫度調(diào)控到700℃.熔煉采用0.2%的Z nC l2進(jìn)行精煉，用來除氣和除渣，保證鋁液的純度。澆注溫度為740℃，真空度為0.02 M P a.澆注清理后得到的?；账囆g(shù)品鑄件如圖3所示。

圖3 ?；账囆g(shù)品鑄件

2.2 自行車制作

自行車是學(xué)生構(gòu)想出大致模樣，通過自己的創(chuàng)新和再創(chuàng)作，后經(jīng)過制作過程中不斷改進(jìn)的藝術(shù)品鑄件。自行車各個部位通過熱切割機(jī)和刀片制作，然后粘結(jié)而成。由于自行車模樣結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，整個框架比較分散，且自行車多個支架比較細(xì)，因此設(shè)計一直澆道、兩橫澆道和兩內(nèi)澆道，從自行車車輪的兩個部位進(jìn)行澆注[4]，自行車白模如圖4所示。制作好自行車模樣后，其后序的工藝工程與鑄造?；账囆g(shù)品鑄件相同，最后得到自行車藝術(shù)品鑄件如圖5所示。

圖4 自行車模樣

圖5 自行車藝術(shù)品

2.3 杯子制作

杯子白模用數(shù)控加工制作，首先用U G三維軟件設(shè)計要制作藝術(shù)品件的三維圖，然后用U G生成程序代碼，再用數(shù)控機(jī)床加工EPS板材。杯子壁厚18 mm，杯徑最小32 mm，最大78 mm，這樣有利于數(shù)控機(jī)床加工。如圖6所示為U G軟件設(shè)計的杯子三維圖，數(shù)控加工得到的杯子白模如圖7所示。此方法的優(yōu)點是可以鍛煉大學(xué)生的制圖設(shè)計能力及創(chuàng)新思維能力。

圖6 杯子三維圖

圖7 杯子模樣

在設(shè)計杯子藝術(shù)品鑄件的澆注系統(tǒng)時，把其分為兩部分，一個是杯蓋，一個是杯子，杯蓋成圓形，可設(shè)計一直澆道，從頂部澆注，即得到合格鑄件；由于杯子比較大，且杯子有內(nèi)腔，為了造型方便，把杯子口朝上方，在杯子的上部壁面上設(shè)計成十字形的澆注方式，由一個直澆道、兩個橫澆道和四個內(nèi)澆道組成，目的就是使金屬液能夠充型整個杯子的薄壁上，使其充型完整。

制作好白模和澆注系統(tǒng)后，按照消失模鑄造各個工藝過程的要求，澆注模型，清理藝術(shù)品鑄件，得到合格的藝術(shù)品鑄件。如圖8所示為清理后的杯子藝術(shù)品鑄件圖。

圖8 杯子藝術(shù)品

3 結(jié)束語

1）采用熱切割機(jī)、U G設(shè)計和數(shù)控機(jī)床加工兩種方法制作模樣，成功用消失模鑄造技術(shù)完成了太原科技大學(xué)?；?、自行車和杯子三件藝術(shù)品的制作。

2）通過此項目使學(xué)生的三維設(shè)計及制圖能力、實踐動手能力、創(chuàng)新思維能力及專業(yè)知識都得到了鍛煉和提高。同時印證了消失模鑄造工藝品的優(yōu)越性，對于消失模鑄造在教學(xué)中的推廣也起到了很大作用。

［1］董秀琦朱麗娟.消失模鑄造實用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］葉升平，柯浩，吳樹森.基于泡沫模制作的藝術(shù)鑄造教學(xué)實踐［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2014（6）:63-65.

［3］邢振國，葉升平.消失模鑄鐵藝術(shù)品創(chuàng)作與實踐［C］.消失模與V法鑄造學(xué)術(shù)年會.2015.

［4］何義成，王仲玨，劉冠岳.消失模鑄造澆注系統(tǒng)的設(shè)計方法［J］.機(jī)械工程師，2008（11）：122-123.

Lost Foam Casting Artwares Practice and Research of Undergraduate Technology Innovation Training

WANG Lu-cai，LI Qiao，YOU Xiao-hong，WANG Fang，GAO Hong-xiang，YANG Yun-shan
（College of Materials Science and Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan Shanxi 030024，China）

Lost foam casting process is characterized by simple process,environmental protection,near net shape and great freedom of pattern design and manufacturing and so on.Three kinds of artware castings of school badge of Taiyuan University of Science and Technology,bike and cup were made using lost foam casting process.The integration of theoretical knowledge and pratice can enhance the students'innovative thinking and practical ability,which forms a new teaching model.

lost foam casting,aluminum alloy,artware,college students'innovative training

TG146.2

A

1674-6694（2016）06-0054-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.06.017

2016-09-11

王錄才（1965-），男，教授，太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。

太原科技大學(xué)校級教學(xué)改革項目。項目編號201509.