無模鑄造教學實踐的探索

劉毅龍，馬 運

（1.中國電影集團公司，北京 100083；2.清華大學基礎(chǔ)工業(yè)訓練中心，北京 100084）

0 引言

金工實習是高等院校工科專業(yè)必不可少的實踐教學環(huán)節(jié)，通過對學生進行系統(tǒng)性的工程實踐訓練使學生學習到機械制造基礎(chǔ)工藝知識，有助于提高學生的實踐動手能力，有利于學生的工程素質(zhì)培養(yǎng)。如何更加有效地利用現(xiàn)有的教學資源和設(shè)備，在有限的學時內(nèi)盡可能地提高學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)，這是工程訓練領(lǐng)域的重點研究方向之一。以鑄造實習中的無模鑄造設(shè)備為研究對象，說明如何利用先進鑄造設(shè)備優(yōu)勢，充實鑄造教學內(nèi)容，進而達到優(yōu)化教學環(huán)節(jié)，提高學生學習興趣的效果。

1 原有教學安排

清華大學基礎(chǔ)工業(yè)訓練中心鑄造實訓室目前主要由砂型鑄造、消失模鑄造、PCM（Patternless Casting Manufacturing,無模鑄型制造）以及3D精密鑄造4部分構(gòu)成。由于學生實習時間的限制，通常鑄造實習為2 d時間：砂型鑄造1 d、消失模鑄造0.5 d、精密鑄造0.5 d，因此對PCM設(shè)備只是進行單純的示范講解，學生缺少對PCM無模鑄造設(shè)備實際操作環(huán)節(jié)，并且學生對先進PCM無模鑄造技術(shù)無法形成直觀感性認識，因此無法達到預(yù)期的教學效果。

2 改進措施

通過前期查閱相關(guān)資料和相關(guān)的教學實踐基礎(chǔ)，在保證整個教學演示過程基本完整的基礎(chǔ)上，對教學內(nèi)容進行了適當?shù)恼{(diào)整，對教學環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，讓學生可以動手操作PCM無模鑄造設(shè)備，體驗先進鑄造技術(shù)的魅力所在。在激發(fā)學生的學習興趣同時進而完成預(yù)期的教學目的。

2.1 PCM無模鑄造設(shè)備概念講述

無模鑄型快速制造技術(shù)是將CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設(shè)計）三維設(shè)計、3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)砂型鑄造工藝相結(jié)合而設(shè)計開發(fā)出的一種數(shù)字化制造的綜合技術(shù)[1]。

2.2 PCM無模鑄造技術(shù)原理講述

利用3D打印技術(shù)的離散/堆積成形原理，采用噴頭對砂型輪廓進行掃描并且噴射固化劑從而實現(xiàn)鑄型的快速直接成形,屬于增材制造（Additive Manufacturing，AM）技術(shù)中的微滴噴射-間接金屬（直接鑄型）快速制造技術(shù)[2]，PCM無模鑄造技術(shù)原理見圖1。

2.3 FHZL-PCM500ADU型號PCM無模鑄造設(shè)備講述

（1）最大造型尺寸為500 mm×500 mm×300 mm，該設(shè)備的系統(tǒng)是以工控機為主體，通過運動控制器的各個接口與相連接的驅(qū)動器以及X，Y，Z三軸電機、鋪砂電機、送砂電機、滾筒電機等完成造型過程。

（2）由PLC控制器完成催化劑與原砂的配比和輸送；設(shè)備中有2個噴頭，一個是噴頭精確地噴射粘結(jié)劑形成截面的輪廓，另一個噴頭根據(jù)相應(yīng)的路徑形成截面的填充[3]。

（3）型砂在粘結(jié)劑與催化劑的共同作用下發(fā)生膠聯(lián)反應(yīng)固化在一起，從而完成一層截面的成型，完成一層后，工作平臺下降，鋪砂再粘接下一層，所有層粘接完之后就得到一個空間實體。

圖1 PCM無模鑄造技術(shù)原理

2.4 PCM技術(shù)工藝特點講述（略）

2.5 PCM技術(shù)應(yīng)用以及案例講述

目前PCM技術(shù)廣泛應(yīng)用在航空、航天、軍工、汽車、火車、摩托車、船舶、機械裝備、水泵、陶瓷等行業(yè)開發(fā)研制和生產(chǎn)單位。

3 結(jié)束語

通過教學思路的梳理，改進了原有PCM設(shè)備教學演示環(huán)節(jié)，對于教學內(nèi)容進行了調(diào)整，增加了學生動手實踐的環(huán)節(jié)以及思考的環(huán)節(jié)，一方面提高了設(shè)備的使用功能，另一方面也有效激發(fā)了學生的學習興趣，從而達到預(yù)期的教學目標。

通過對鑄造教學環(huán)節(jié)關(guān)于PCM設(shè)備教學演示環(huán)節(jié)的改革，在教學實踐中體會到，可以嘗試融合其他工種的技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)法將設(shè)備資源的教學作用更大程度上得以發(fā)揮，則有助于提高學生的學習效果，進一步提高實踐課程的教學質(zhì)量。

表1 PCM技術(shù)工藝特點

表2 PCM與傳統(tǒng)砂型鑄造技術(shù)對比