基于消失模铸造的课程设计教学模式之探索

叶升平，吴志超

（华中科技大学材料成型及模具国家重点实验室，湖北武汉 430000）

鉴于消失模铸造新工艺已在我国普及推广，2004年华中科技大学出版的高校教材《材料成型工艺》率先将消失模铸造内容列入其中，在第二篇液态金属铸造成形工艺的第四章特种铸造之中，第一节为熔模铸造，第二节就是消失模铸造。随后，全国许多理工科类高校，如清华大学、华中科技大学和大连理工大学等，为配合《材料成型工艺》课程或《热加工工艺》课程，还开设了消失模铸造实验课。

2005年，为配合我校精品课程《材料成型工艺》教学，我校将后续的《课程设计》分为铸造、锻造、焊接和注塑成型四个课程设计模块，由学生挑选其中之一，完成课程设计，课程设计时间是3周。笔者参与《材料成型工艺》教学，讲授第四章特种铸造，同时又承担铸造模块课程设计教学。鉴于大学生不太愿意选择铸造设计模块的现状，结合我校多年在消失模铸造科研成果之优势，笔者提出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。

1 基于消失模铸造的课程设计教学大纲概略

笔者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。

图1 和图2为大学生采用UG软件完成的较简单之铸件三维设计。图3和图4为大学生采用UG软件完成的较复杂之铸件三维设计。

图1 球铁轮毂

图2 铸铁刹车毂

图3 球铁减壳

图4 铸铁变速箱体

2 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2007届的向东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5所示）、泡塑模具装配图，见图6所示。

图5 箱体分片设计图

图6 泡塑模具（凹模和凸模）装配图

向东同学完成的箱体设计作品，一直是我们消失模课程设计的样板。他的毕业设计论文也是在消失模铸造研究课题组完成。大学毕业后考研，又在我们科研组从事模具CAD/CAM/CAE方面的研究，一年半就完成硕士论文。论文答辩被评为“优”。硕士毕业后，向东同学被西门子公司高薪聘请为UGNX资深工程师及高级教务员，其创建的CAD/CAM软件论坛目前还是CAD/CAM行业内的热门网站。

3 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1：2008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（见图7），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（见图8），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2：2012届的张建满同学，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（见图9）和三足鼎立的三维设计（见图10）。2011年，张建满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。

图7 三维设计

图8 泡沫模样

4 结语

图9 铸钟三维设计

图10 铸鼎三维设计

基于消失模铸造的课程设计是本科教学体系中的重要实践性环节，起着将《材料成型工艺》有关铸造理论知识转化为实际应用能力的衔接作用。学生在消失模泡塑模样三维造型基础上完成泡塑成型模具设计，最后完成消失模铸造工艺设计。消失模铸造课程设计所需的参考书为笔者编著的《消失模铸造图片集》和《消失模铸造工艺装备设计资料汇编》。程设计参考书由教师提供给学生借阅参考，不要求学生购买，课程设计结束后归还老师。我校基于消失模铸造课程设计坚持数年，形成特色教学，受到学生欢迎，可在工科高校中借鉴推广。

［1］冒国兵，张光胜，张海涛，等.材料成型及控制工程专业课程设计改革与实践［J］.安徽工业大学学报，2009（6）：121-122.