設(shè)計微小型砂型造型造芯實驗在鑄造教學(xué)中的嘗試

蘇思超 徐戎 唐黔湘

摘 ? 要：砂型鑄造是指在砂型中生產(chǎn)鑄件的加工方法，由于砂型鑄造所用的造型材料價格低廉且容易獲得，因此得到了廣泛應(yīng)用，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。而在實際教學(xué)中，常偏向于理論教學(xué)，因此本文意在設(shè)計微小型砂型造型造芯實驗并應(yīng)用于現(xiàn)場的課堂教學(xué)中，通過把實驗環(huán)節(jié)帶進課堂，來提升學(xué)生興趣，增強對知識點的理解。

關(guān)鍵詞：砂型鑄造 ?造型造芯實驗 ?課堂教學(xué)

中圖分類號：G64 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0212-02

Abstract： Sand casting refers to the processing method of producing castings in sand mould. Because the molding materials used in sand casting are cheap and easy to obtain， it has been widely used and has been the basic technology in casting production for a long time. In practical teaching， it tends to focus on theoretical teaching. Therefore， this paper intends to design the core-making experiment of miniature sand moulding and apply it to the classroom teaching on the spot. By bringing the experimental link into the classroom， it can enhance students'interest and understanding of knowledge points.

Key Words： Sand casting; Ccore-making experiments; Classroom teaching

鑄造是《金屬工藝學(xué)》中重要的一個章節(jié)，同時也是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，被鑄金屬有：銅、鐵、鋁、錫、鉛等[1-2]，是將金屬熔煉成符合一定要求的熔液并澆入到鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。尤其是在一些大型器件或形狀復(fù)雜的腔體結(jié)構(gòu)加工等領(lǐng)域，鑄造依然是一種離不開的重要加工工藝[3-4]。

進入20世紀(jì)，隨著各行各業(yè)的飛速發(fā)展，鑄造的發(fā)展速度也很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進步，比如汽車、飛機、輪船等重工業(yè)中各種鑄件的大量應(yīng)用[5-6]，要求鑄件有更好的機械物理性能，同時具有良好的機械加工性能。另外隨著檢測工具和手段的日益完善，研究金屬凝固的理論機理日益健全，從而也促進了鑄造的發(fā)展。

由于鑄造加工工藝特點，因此一般理論教學(xué)和實驗教學(xué)常時分開進行的，因此如何做到理論知識與實踐環(huán)節(jié)的結(jié)合[7]，正是本文意在通過設(shè)計微小型砂型造型造芯實驗在課堂的展示，對澆注金屬熔液過程受條件的限制故在教學(xué)中不演示，把部分實驗環(huán)節(jié)帶進課堂，來提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐感知能力，增強對知識點的理解與掌握。

1 ?普通砂型鑄造的特點

鑄造工藝可分為三個基本過程，即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理[3]。鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料，應(yīng)用較多金屬材料有鐵合金、鋁合金等。

（1）金屬熔煉不僅僅是單純的熔化，還包括澆注金屬，在溫度、化學(xué)成分等方面都要達到預(yù)期要求。鑄造工藝的優(yōu)點和缺點都是非常明顯的，如下所示。

優(yōu)點：

①可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件;

②適應(yīng)性非常廣，輕到幾克，重到幾百噸都可以生產(chǎn);

③鑄件的形狀與零件非常接近，減少了切削量，節(jié)約了材料，減少了浪費;

④應(yīng)用廣泛，在汽車、飛機、輪船、農(nóng)業(yè)機械、機床等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

缺點：

①機械性能不如鍛件，如微觀晶粒組織粗大，容易斷裂，缺陷較多;

②砂型鑄造中對工人的工藝水平要求較高，勞動強度大;

③鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定，易產(chǎn)生缺陷，廢品率高。

（2）鑄型準(zhǔn)備包括造型材料準(zhǔn)備和造型、造芯兩大項工作。

造型、造芯是根據(jù)所要鑄造的形狀來確定的，并且造型和造芯決定了鑄件精度。因此本文主要針對的是這個過程，如何來實現(xiàn)造型和造芯，讓學(xué)生在實踐中，掌握造型和造芯的知識要點。

（3）鑄件澆注冷卻后從鑄型中取出，帶有有澆口、冒口、金屬毛刺、披縫，還粘附著砂子，因此必須經(jīng)過清理工序。

2 ?設(shè)計微小型砂型鑄造實驗

從砂型鑄造的特點可以知道，制造砂型和砂芯的鑄造過程中重要的加工工藝流程，直接影響到鑄造合金的綜合性能，因此讓學(xué)生掌握砂型制造和砂芯制造過程，在鑄造過程中是非常重要的。

因此設(shè)計微小型的砂型造型和造芯實驗，在上課的課堂上完成教學(xué)過程，有利于學(xué)生對所講解的內(nèi)容當(dāng)堂理解和消化吸收。

（1）造型材料和工藝設(shè)備。

準(zhǔn)備一定的造型材料，砂、水、粘接劑和附加物。并準(zhǔn)備一定的工藝設(shè)備，如模樣、芯盒，砂箱。

（2）造型。

用型砂及模樣等工藝設(shè)備制作砂型的過程稱為造型，是砂型鑄造最基本的工序。

（3）造芯。

型芯安放在型腔內(nèi)部，用以形成鑄件的內(nèi)腔或局部外形。

（4）澆注系統(tǒng)。

鑄型中引導(dǎo)金屬液流入型腔的通道稱為澆注系統(tǒng)。

（5）合型。

將上砂型、下砂型、砂芯等組合成完整鑄型的過程稱為合型。

按照上述的這個五個基本的過程來設(shè)計微小型的砂型鑄造實驗，便于學(xué)生在課堂上完成對知識點的理解和掌握，達到一個理想的教學(xué)效果。

圖2為學(xué)生在金工實習(xí)過程中進行砂型造型造芯的過程，我們可設(shè)計微小型的便攜式的造型造芯實驗工具箱，便于在課堂上進行講解知識內(nèi)容。這樣的微小型、便攜式工具箱的成本很低，是完全可以實現(xiàn)的。

3 ?結(jié)語

通過設(shè)計微小型砂型造型造芯實驗在鑄造教學(xué)中的應(yīng)用，在課堂現(xiàn)場條件下，直接通過親身體驗與嘗試，來掌握砂型造型造芯工藝過程，達到理論與實踐的高度結(jié)合，更好的理解和掌握砂型鑄造的知識內(nèi)容。

參考文獻

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[2] 吳定濤.熔模精密鑄造工藝生產(chǎn)高強度鋁合金大型鑄件的實踐[J].鑄造技術(shù)，2012（1）：59-62.

[3] 王健民.金屬工藝學(xué)[M].2版.北京：中國電力出版社，2009.

[4] 周世權(quán)，黃勝智，趙軼，等.工程訓(xùn)練與機械制造基礎(chǔ)綜合課程的探索與實踐——以鑄造工藝為案例[J].實驗室研究與探索，2018，37（4）：213-219.

[5] 王品清.高質(zhì)量機床球鐵鑄件關(guān)鍵鑄造工藝及應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2019（9）：137.

[6] 趙偉.礦山機械設(shè)備鑄件鑄造工藝分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（8）：72.

[7] 周世權(quán)，黃勝智，趙軼，等.理論-實踐結(jié)合的鑄造工藝教學(xué)案例分析[J].教育教學(xué)論壇，2017（29）：186-188.