无模铸造教学实践的探索

刘毅龙，马 运

（1.中国电影集团公司，北京 100083；2.清华大学基础工业训练中心，北京 100084）

0 引言

金工实习是高等院校工科专业必不可少的实践教学环节，通过对学生进行系统性的工程实践训练使学生学习到机械制造基础工艺知识，有助于提高学生的实践动手能力，有利于学生的工程素质培养。如何更加有效地利用现有的教学资源和设备，在有限的学时内尽可能地提高学生的学习兴趣，培养学生的工程素养，这是工程训练领域的重点研究方向之一。以铸造实习中的无模铸造设备为研究对象，说明如何利用先进铸造设备优势，充实铸造教学内容，进而达到优化教学环节，提高学生学习兴趣的效果。

1 原有教学安排

清华大学基础工业训练中心铸造实训室目前主要由砂型铸造、消失模铸造、PCM（Patternless Casting Manufacturing,无模铸型制造）以及3D精密铸造4部分构成。由于学生实习时间的限制，通常铸造实习为2 d时间：砂型铸造1 d、消失模铸造0.5 d、精密铸造0.5 d，因此对PCM设备只是进行单纯的示范讲解，学生缺少对PCM无模铸造设备实际操作环节，并且学生对先进PCM无模铸造技术无法形成直观感性认识，因此无法达到预期的教学效果。

2 改进措施

通过前期查阅相关资料和相关的教学实践基础，在保证整个教学演示过程基本完整的基础上，对教学内容进行了适当的调整，对教学环节进行优化，让学生可以动手操作PCM无模铸造设备，体验先进铸造技术的魅力所在。在激发学生的学习兴趣同时进而完成预期的教学目的。

2.1 PCM无模铸造设备概念讲述

无模铸型快速制造技术是将CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）三维设计、3D打印技术与传统砂型铸造工艺相结合而设计开发出的一种数字化制造的综合技术[1]。

2.2 PCM无模铸造技术原理讲述

利用3D打印技术的离散/堆积成形原理，采用喷头对砂型轮廓进行扫描并且喷射固化剂从而实现铸型的快速直接成形,属于增材制造（Additive Manufacturing，AM）技术中的微滴喷射-间接金属（直接铸型）快速制造技术[2]，PCM无模铸造技术原理见图1。

2.3 FHZL-PCM500ADU型号PCM无模铸造设备讲述

（1）最大造型尺寸为500 mm×500 mm×300 mm，该设备的系统是以工控机为主体，通过运动控制器的各个接口与相连接的驱动器以及X，Y，Z三轴电机、铺砂电机、送砂电机、滚筒电机等完成造型过程。

（2）由PLC控制器完成催化剂与原砂的配比和输送；设备中有2个喷头，一个是喷头精确地喷射粘结剂形成截面的轮廓，另一个喷头根据相应的路径形成截面的填充[3]。

（3）型砂在粘结剂与催化剂的共同作用下发生胶联反应固化在一起，从而完成一层截面的成型，完成一层后，工作平台下降，铺砂再粘接下一层，所有层粘接完之后就得到一个空间实体。

图1 PCM无模铸造技术原理

2.4 PCM技术工艺特点讲述（略）

2.5 PCM技术应用以及案例讲述

目前PCM技术广泛应用在航空、航天、军工、汽车、火车、摩托车、船舶、机械装备、水泵、陶瓷等行业开发研制和生产单位。

3 结束语

通过教学思路的梳理，改进了原有PCM设备教学演示环节，对于教学内容进行了调整，增加了学生动手实践的环节以及思考的环节，一方面提高了设备的使用功能，另一方面也有效激发了学生的学习兴趣，从而达到预期的教学目标。

通过对铸造教学环节关于PCM设备教学演示环节的改革，在教学实践中体会到，可以尝试融合其他工种的技术优势，设法将设备资源的教学作用更大程度上得以发挥，则有助于提高学生的学习效果，进一步提高实践课程的教学质量。

表1 PCM技术工艺特点

表2 PCM与传统砂型铸造技术对比