消失模铸造工艺品大学生科技创新实践与研究

（太原科技大学材料科学与工程学院，山西太原030024）

·教学研究·

消失模铸造工艺品大学生科技创新实践与研究

王录才，李乔，游晓红，王芳，高鸿翔，杨云山

（太原科技大学材料科学与工程学院，山西太原030024）

消失模铸造工艺具有过程简单、环保、近无余量以及模型设计和制造具有很大的自由度等特点。本文采用消失模工艺，成功铸造了太原科技大学校徽、自行车和杯子三种艺术品铸件。通过多学科知识的融合、课堂理论知识和实验实践相交汇，培养提高了学生的创新思维和实践动手能力，探索了一种新的教学模式。

消失模铸造；铝合金；工艺品；大学生创新训练

消失模铸造是近年来发展非常迅速的一种新型铸造工艺方法，具有工艺过程简单，适用范围广，污染少，环境好等优点，其应用范围日趋广泛，近年来应用消失模工艺铸造出很多优秀的艺术品铸件[1]。由于消失模铸造的模型设计和制造具有很大的自由度，适合于学生充分发挥各自的设计思想和潜能，并能充分利用所学的基础知识而较少受到设备等硬件条件的限制，其已成为铸造专业本科教学中的一项重要内容[2]；另一方面，根据消失铸造特点和实验室条件，本项目选择了太原科技大学校徽、自行车和杯子三种物件作为目标产品，通过三维结构设计、模样制作、铸造工艺设计、造型、浇注、后处理等工序成功制作了合格的铝合金艺术品铸件。通过整个制作过程的锻炼，将计算机三维设计及制图、数控加工、铸造专业知识、实践动手等多学科知识和能力相融合，使学生在掌握知识的同时，创新思维能力得到了锻炼和提高。

1 项目方案

本项目采用Z L102作为铸造艺术品原材料，用聚苯乙烯板材制作艺术品模样，分别设计太原科技大学校徽、自行车和杯子三种艺术品模型。校徽和自行车模样用热切割机和手工方法制作，杯子采用U G进行三维造型，后经数控加工制得[3]。

消失模铸造铝合金艺术品工艺过程：设计艺术品模样—制作模样—粘接浇注系统—涂覆涂料—烘干模样—造型—熔炼—浇注—清理铸件—得到合格艺术品。

2 艺术品铸件实例

2.1 太原科技大学校徽制作

首先选择厚度为1 c m的聚苯乙烯板材，制作“太原科技大学”校徽及其他部分，如图1所示。由于校徽模型结构相对简单，采用顶注式的浇注方式，模样平放，模样背面中心部位与直浇道用冷胶粘结起来，直浇道的尺寸为18 mm×18 mm×100 mm.粘结固定好后，用搅拌好的涂料涂覆在模样表面，涂层厚度最好为0.5 c m左右，太薄容易产生粘砂缺陷，增大清理难度，太厚易造成金属液流动变慢，产生浇不足、冷隔缺陷。涂完涂料后，把模样放到空气中空冷，待涂料不再滴落为止。再放到干燥箱中，温度为50℃左右，时间为24 h以上，确保模样和涂料中的水分被完全蒸发，干燥好的校徽模型如图2所示。

图1 校徽模样

图2 干燥后模样

消失模铸造直接采用干砂进行造型，把模样摆放在砂箱中，然后手动进行填砂，等干砂漫过模样一半，进行一次三维振动紧实，继续填砂，直至盖过模样，再振动一次，保证模样被紧实填充，最后在干砂上面覆盖一层塑料，把浇口杯放在直浇道上，等待浇注。

试验中Z L102铝合金用石墨坩埚熔炼，熔炼采用7.5 k W的电阻炉，用温控仪进行控温，温度调控到700℃.熔炼采用0.2%的Z nC l2进行精炼，用来除气和除渣，保证铝液的纯度。浇注温度为740℃，真空度为0.02 M P a.浇注清理后得到的校徽艺术品铸件如图3所示。

图3 校徽艺术品铸件

2.2 自行车制作

自行车是学生构想出大致模样，通过自己的创新和再创作，后经过制作过程中不断改进的艺术品铸件。自行车各个部位通过热切割机和刀片制作，然后粘结而成。由于自行车模样结构比较复杂，整个框架比较分散，且自行车多个支架比较细，因此设计一直浇道、两横浇道和两内浇道，从自行车车轮的两个部位进行浇注[4]，自行车白模如图4所示。制作好自行车模样后，其后序的工艺工程与铸造校徽艺术品铸件相同，最后得到自行车艺术品铸件如图5所示。

图4 自行车模样

图5 自行车艺术品

2.3 杯子制作

杯子白模用数控加工制作，首先用U G三维软件设计要制作艺术品件的三维图，然后用U G生成程序代码，再用数控机床加工EPS板材。杯子壁厚18 mm，杯径最小32 mm，最大78 mm，这样有利于数控机床加工。如图6所示为U G软件设计的杯子三维图，数控加工得到的杯子白模如图7所示。此方法的优点是可以锻炼大学生的制图设计能力及创新思维能力。

图6 杯子三维图

图7 杯子模样

在设计杯子艺术品铸件的浇注系统时，把其分为两部分，一个是杯盖，一个是杯子，杯盖成圆形，可设计一直浇道，从顶部浇注，即得到合格铸件；由于杯子比较大，且杯子有内腔，为了造型方便，把杯子口朝上方，在杯子的上部壁面上设计成十字形的浇注方式，由一个直浇道、两个横浇道和四个内浇道组成，目的就是使金属液能够充型整个杯子的薄壁上，使其充型完整。

制作好白模和浇注系统后，按照消失模铸造各个工艺过程的要求，浇注模型，清理艺术品铸件，得到合格的艺术品铸件。如图8所示为清理后的杯子艺术品铸件图。

图8 杯子艺术品

3 结束语

1）采用热切割机、U G设计和数控机床加工两种方法制作模样，成功用消失模铸造技术完成了太原科技大学校徽、自行车和杯子三件艺术品的制作。

2）通过此项目使学生的三维设计及制图能力、实践动手能力、创新思维能力及专业知识都得到了锻炼和提高。同时印证了消失模铸造工艺品的优越性，对于消失模铸造在教学中的推广也起到了很大作用。

［1］董秀琦朱丽娟.消失模铸造实用技术［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］叶升平，柯浩，吴树森.基于泡沫模制作的艺术铸造教学实践［J］.铸造设备与工艺，2014（6）:63-65.

［3］邢振国，叶升平.消失模铸铁艺术品创作与实践［C］.消失模与V法铸造学术年会.2015.

［4］何义成，王仲珏，刘冠岳.消失模铸造浇注系统的设计方法［J］.机械工程师，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

王录才（1965-），男，教授，太原科技大学材料科学与工程学院。

太原科技大学校级教学改革项目。项目编号201509.