传统铸造工艺范文

导语：如何才能写好一篇传统铸造工艺，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：錾花；浇铸

錾花，始于春秋晚期一直延用至今，通常使用钢制的各种形状的錾子，用小锤敲击钢錾，将花纹錾在退过火的条形块状金属表面，使作品富有艺术感染力。

錾花錾子品种很多，常用有半圆錾子，抛线条用的抛錾。面斜有一定的角度，大小尺寸分档，大口有锋利和稍钝。肌地凿品种较多，一般有麻沙錾子，粗中细三种。錾子头部大小也有多种，来斯点錾子有凹凸，粗细大小分布档，夹线錾子有双线三种，多线，有花錾子品种非常多。要做出一件好的錾花饰品，要会制作錾花錾子。制作錾子时一定精确度要高，细小錾子可以在显微镜下放大15倍操作，制作完毕将錾子的錾口用机械布轮抛光达到镜面版，这样錾刻出来的线条平整度、光洁度很好。接下来饰品抛光就容易了，不然抛光时錾刻印记是较难处理的。

传统手工錾花的弱点在于：一是处理立体感较强图案时非常费工时。二是金属器物表面冲出凸起的花纹图案或人物，在处理时会出现冲压破裂通洞导致器物报废，造成前功尽弃。市场上一般很难找到图案立体感较强的金属器物，尽管有极少部分出现，但都是焊接上去的，使用的时间长了会出现焊接点，焊接点是由不同的贱金属合成会造成发黑变色甚至脱落，影响美观，失去观赏价值。若是焊接在贵金属器物上则影响纯度，而且在錾刻过程中贵金属损耗偏高。但是用金属铸造（金属铸造是将金属熔化后浇铸到各种模型的空胚里，金属液充满了空腔冷却后成型）则能够制作造型复杂的铸件，且制作准确，大大降低了金属的损耗。

真空加压铸造，首先做出胶模或合金模，其次注出蜡模，最后铸模成型。真空加压铸造只要做出蜡模就可压铸成型，大大提高工作效率并可大批量生产。大批量生产先起版，没有蜡版，后期的生产就成了无米之炊；蜡版质差，后期的生产则成了无用功。目前首饰生产起版工艺分起银版、手雕蜡版、电脑设计喷蜡（树脂）版三种。这三种起版方式各有优劣，其中手雕蜡版，凭借其经济低廉，造型生动，上手简单而成为各大首饰企业主要的起版技法之一。不过真空加压铸造也有其缺点，超大超薄的工件金属饰品可以进行錾花工艺，超过60×60cm就成功率很低，而且金属收缩性大，浇铸出来的饰品与原设计的尺寸有所出入。

錾花工艺与压铸工艺各有优缺点，若是把两种工艺取长补短，便能做出一件件精美绝伦的艺术品。本人制作的牡丹镂空浮雕手镯，宽2.6厘米、周长18厘米、厚2厘米（如图一），如果传统采用錾花工艺，在画面较小的板材上镂空较细小的线条而且浮雕，会出现断裂或花样变型，难度较大，花费工时较多，整个饰品就失去了原有的的风格和个性化。

如何解决这个问题？我使用的是雕蜡失蜡加压铸造成型再结合手工錾刻。由于铸造的饰品密度小，分子之间结构松，在经常佩戴时会出现断裂，在雕蜡模时我们只要结合上錾花工艺雕刻出花纹轮廓，然后真空加压铸造成型，等冷却后清洗饰品表面的石膏杂质，然后进行饰品表面錾刻。在錾刻过程中不断压紧金属分子之间的结构，增强密度，使得首饰结构更加牢固，使用时间更长、更耐磨、质感更强。

对稍大一点的金属饰品，也可以将两种工艺互相结合。本人制作的百鸟朝凤杯，采用錾花艺术与现代真空加压铸造有机结合，百鸟朝凤杯重322克，宽11.1厘米，高15.7厘米（如图二），内盖，杯身，杯把，脚四部分组成。百鸟朝凤杯传统工艺制作流程：首先需花很长时间将银片锤揲成型；其次锤揲成型后在往金属内注錾花胶；最后进行錾刻。杯把、脚、盖也是同样方法制作。

如果我们采用真空加褐造结合，先做蜡模，但不必把图案细雕，把图案轮廓雕出来就行，若手工錾刻较薄的地方做蜡模时多加一点蜡，厚的地方少一点蜡，这样就用失蜡法加压铸造成型，这样就已经完成了一件半成品工艺，同时也省去了锤揲的漫长工序。就可以往器物内注入錾花胶或锡铅进行錾刻（錾花胶，錾花胶的配方：松香1.4kg、石膏粉0.9kg、油脂0.9kg，它具有较强的粘度和弹性，使用方便，去除时也比较容易，是一种最理想的聚合物。它用以支撑錾花的金属板，硬度正好合适承受金属的敲击。同时，当錾子敲击特定部位时，它又能适当凹陷。以本人制作多年的经验錾花胶适合于厚度0.6毫米以下的金属器物；0.6毫米以上较厚的金属器物錾刻时注入锡、铅錾刻效果会更佳。但必须在金属里外涂一层石膏粉或红土，起到隔绝锡、铅与金属器物相粘。被粘处若处理不当后果极严重，导致金属胎体报废。等到内部注入的锡、铅或錾花胶冷却后就可以进行錾刻，錾刻中金属要多次退火，使金属变软，延展性更强，有利于内部冲刻，等錾刻完毕将金属器物内錾花胶加温熔化倒出可备下次反复使用。若用铅或锡加温不能过急或过高，达到锡、铅熔化温度就行。待融化后倒出，若器物腔内有极少铅锡粘在金属表面，用化学药水硝酸60%浓度浸泡，把金属表面附有残留的锡、铅腐蚀清理干净。虽然这样也有一定的损耗，但可以回收），这样可以一次錾刻完成。不仅大大缩短工时，提高了效率，而且錾刻出来的图案主体感强，生动逼真，金属厚薄均匀，精美绝伦。杯把，杯脚，蜡模精雕，一次性浇铸成型，然后组合各个部件，接下来打磨抛光，一件艺术品就这样诞生了。

篇2

【关键词】金工实习；铸造工艺；教学效果

0 引言

金工实习是高等工科院校机械类专业和相关专业的一门高水平的实践性技术基础课。“崇尚实践，回归工程”的理念，促使高等工科院校对大学生工程设计、制造和管理等综合能力进行培养，同时起到培养学生接触工程实际、理论联系实际及实践动手能力的作用，是增强学生综合素质的一条重要途径[1-2]。通过一段时间的实习能为学生今后走上工作岗位奠定一定的基础，以拓宽学生的就业面和增强学生的适应性。

铸造工艺作为金工实习的重要组成部分，旨在让学生掌握各种常规的铸造方法，熟悉铸造生产工艺过程、特点和应用，了解先进的铸造工艺与技术[3]。但在实践教学中，发现由于受传统教学模式等各方面的影响，教学效果不佳。为此，本文结合自身的教学实践，浅谈在教学方法等方面应进行的探索，提高金工实习铸造工艺教学效果，以满足现代企业对具有创新能力和动手能力的高素质人才的要求，达到培养人才的目的。

1 课堂教学实践及思考

目前，大多数高校依然采用一种所谓的“师傅带徒弟”，手把手的教学模式。即指导教师根据铸造工种，先讲述铸造工艺基本原理、操作方法及安全操作规程。其次，找一个具体零件讲解其加工工艺并进行示范加工。最后，让学生依次完成该零件的加工，依据加工的质量作为评定学生的实习成绩[4]。由此而造成学生被动地学习，缺乏自主学习的积极性。整个实习过程学生一直处于模仿或重复教师动作的状态，没有自由发挥的空间，不利用培养他们的创新能力及独立思考能力。

所以，从提高学生的综合分析能力和动手能力着手，充分调动学生学习积极性为出发点，促进金工实习铸造工艺的教学效果。笔者进行了积极的思考，具体探索如下，以提高学生学习的积极性。

（1）打破教学常规，让学生主动参与进来。在铸造实习开始之前，让学生憧憬自己当工程师的场景，想象自己想要做些什么有价值，有意见的零件，比如坦克、飞机等儿时的玩具等。让自己设计产品，当然前提要求学生所设计的产品要根据现有设备及条件能够铸造出来为宜。

（2）采取提问的方式引导学生，激发学生独立思考的能力。通过询问方式，咨询学生通过什么样的方式才能制造出自己所设计的产品，促使他们想迫不及待的知道答案，以此调动学生思考积极性，提高学生的兴趣。之后告知学生这次实习主要的工艺――铸造，就是现代企业里用来生产复杂金属零件最常用的方法之一。

（3）从实例出发，通过多媒体视频，动画和图片形式展现出铸造工艺的流程，以增强学生对铸造工艺的感性认识。由于多媒体展出的效果直观，易懂且形象，能够极大调动学生积极性。使学生有一个感性认识，为后续课程的讲解打下基础。

（4）与学生一起从多媒体视频提供的实例中总结出铸造工艺的概念，原理，操作方法及安全操作规程。其中，将视频展示的内容与讲解的内容结合起来，可以让学生以提问的方式，反复观看视频以强化理解知识点。

（5）与学生一起将学生设计的作品浇注出来。根据现有设备及条件，帮助学生制定出合理的铸造方法，使用设备将学生的作品浇注出来，让学生体会到实习带来的成就感，激发学生学习热情，并因此达到熟练掌握的目的。

2 总结

针对大多数高校采用的金工实习的教学模式出现的问题，以提高学生学习积极性为出发点，结合笔者的教学实践，提出了如下步骤的教学方法：首先，让学生主动参与进来，采取提问的方式引导学生。其次，从实例出发增强学生对铸造工艺的感性认识，并从实例中总结出铸造工艺的概念、原理、操作方法及安全操作规程。最后，将学生的作品浇注出来，激发学生学习热情。所提出的方法极大地提高了学生学习的积极性，提高了课堂上金工实习铸造工艺教学效果。

【参考文献】

[1]谢志余，周新弘.金工实习[M].苏州：苏州大学出版社，2013.

[2]龚园，梅丹.工科高校金工实习教学体系改革研究[J].实验实践教学，2013（2）：129-130，148.

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关键词：乙二醇醋酸酯 铸造工艺 合成 固体催化剂

乙二醇醋酸酯主要包括二醋酸酯与一醋酸酯，按照一定的比例将这两种酯混合在一起，使其可在铸造工艺中可作彩色照相术中的增色剂、水玻璃中的固化剂、油漆去除剂或者铸模中的粘结剂。所以，研究和分析乙二醇酸酯的快速合成具有很重要的意义以及广阔的前景

一、乙二醇酸酯的快速合成

乙二醇是一种无色无臭的液体，能和丙酮以及水互溶，在催化剂的作用下，进行加热的话，可以使分子间或者分子内失水

传统的乙二醇酸酯合成工艺通常采用的是酸酯盐酯化法，即二溴乙烷和醋酸酯反应，把醋酸和吡啶作为催化剂，这种方法的产率一般在55%～61%，其合成的工艺回流时间比较长，同时其原材也比较昂贵，毒性比较大，不便于工业化的生产。据国外的相关调查资料显示，在工业化生产过程中，均采用的是强酸性催化剂，比如甲苯磺酸和浓硫酸等，这些对设备都会造成严重的腐蚀，对环境造成污染，同时其反应时间比较长。因此，本文笔者试图利用乙二醇来作为合成原料来制作EGS，其合成方法主要如下：按照一定的比例，在三口瓶中加入适量的乙二醇，通常情况下，其加入量为0.2mol～0.3mol，同时加入0.6mol的冰醋酸，其中固体Lewis酸催化剂占有醇酸重量比大约在0.4%～1.3%，并安装温度计，进行冷凝管的回流，待加热和回流1h—3h以后，再实施蒸馏，首先将水与酸蒸馏出来，接着再按照不同沸点的范围要求来截取下面三种馏分，即酯头液、二酯和一酯，最后再把酯头液放到原来的三口瓶中，便于下次合成反应的实施。

二、合成工艺的研究和分析

1.不同类型催化剂对于酯化反应所造成的影响

在本实例中，我们分别选用了六种不同类型的固体Lewis酸催化剂来实施试验，同时将其和硫酸催化剂来进行比较，对其进行筛选，选用两种比较好的催化剂，其主要如表1所示。

通过表1我们可以发现，其中ZnCl2作为催化剂的效果是最好的，其次再是FeCl3， FeCl3这种催化剂的效果虽然比较差，但是其价格较为廉价且容易获得。若从经济效益出发的话，可利用这种催化剂作为乙二醇酯化中的催化剂

2.酯化工艺的试验条件

在选择酯化最优工艺的条件时，必须要经过认真地筛选，本文通过三因素三水平的正交试验法来选择，其相应结果如表2所示

3.应用酯头液

在酯头液中，其主要包含的成分为酯产量，这种成分不仅能够有效降低原材料的消耗，继续利用前一次酯化以后少量的乙二醇、EGS、酯酸以及水，同时还能提高EGS总头液的利用率，通过酯头液来比较这些不同的催化剂，其对比较结果如表3所示。

三、铸造工艺的应用试验

所谓铸造就是把经过熔炼以后的金属液体适量地注入到铸型中内，通过冷却和凝固以后，以此获取所需零件的一个制作过程。在制造过程中，铸造是一种比较常用的方法，其优点是制造成本较低，工艺灵活性较大，能够获得大型或者一些复杂形状的铸件，目前在机械制造过程中铸造工艺被广泛地应用。随着铸造技术的不断发展，出现了很多的新铸造方法，比如连续铸造、低压铸造以及陶瓷铸造等，同时人们对铸造成本、铸造自动化、铸造质量以及铸造精度等要求也越来越高，其铸造技术向着高质量、清洁化、精密化、自动化以及大型化发展。铸造工艺的流程主要为：熔炼金属—制造模型—浇筑和凝固—脱模清理等，在铸造工艺中采用的材料大多为铸钢、铸铁以及铸造一些有色合金，如铝、铅、铜或者锌等。铸造工艺的种类可分为三种，即砂型铸造、重力铸造以及压力铸造等，其中常用的方法为砂型铸造法，其次再是特种铸造法，比如：石膏型铸造、金属型铸造以及熔模铸造等，而砂型铸造又可分为消失模铸造、粘土砂型铸造、树脂自硬砂型铸造以及有机粘结剂砂型铸造等

本文笔者利用固体ZnCl2与FeCl3催化剂来合成EGS-Ⅰ与EGS-Ⅱ，根据不同的比例将其配制成为以下已经几种乙二醇醋酸酯，即EGS-A、EGS-B、EGS-C和EGS-D等，把这几种乙二醇醋酸酯作为铸造工艺当中水玻璃的固化剂，并实施相应的试验，这几种乙二醇醋酸酯的固化性能主要如表4所示。

从表四我们可以发现，EGS-A、EGS-B、EGS-C这几种乙二醇醋酸酯可水玻璃砂中优良其快速的固体剂，而EGS-D则可以作为一种慢速固化剂。

通过上述文中，利用固体Lewis酸作为催化剂来进行乙二醇醋酸酯混合物的合成，我们可以发现其具有以下几个方面的优点：第一，该催化剂容易获得，且腐蚀污染比较少；第二，其合成工艺较为简单，同时其反应的时间比较短；第三，在反应以后不需处理大量的碱液，能够充分地利用酯头液，有效降低原料的消耗，提高其工艺的产量；第四，通过这种方法合成的产品，能够配制成为水玻璃砂酯系列中一种优良的固化剂，可在铸造工艺上进行广泛地推广和应用

四、结束语

综上所述，随着我国信息技术以及工业技术的不断发展，在机械制造业中铸造工艺占有很重要的地位，尤其是一些大型铸件的质量好坏将会直接影响产品自身的质量。本文通过对乙二醇醋酸酯的快速合成方法进行简要地概述，通过相关试验以及其在铸造工艺中的应用，证明该方法能够大大提高产品的产量和质量，减少产品所需的成本。

参考文献

[1] 滕俊江，李春海，马丽群等.离子液体催化合成乙二醇丁醚醋酸酯[J].化学研究，2011，22（6）：46-48.

[2] 马楷，刘绍英，姚洁等.金属醋酸盐催化合成聚丁二酸乙二醇酯预聚体和碳酸二甲酯[J].应用化学，2010，27（11）：76-81.

[3] 乔艳辉，张庆，韦其技等.固体超强酸SO42-/ZrO2催化合成乙二醇乙醚醋酸酯[J].精细化工中间体，2011，41（1）：45-48.

篇4

【关键词】电磁场；管坯；水平连续铸造

铜和铜合金管坯铸造是一项十分复杂且重要的工作，铸造工艺工作包括很多方面，而水平电磁连续铸造工艺作为铜和铜合金铸造工艺中最重要的铸造方法，其铸造工艺的水平和质量将直接影响着整个铜和铜合金管坯铸造质量，关系着后期管坯的使用周期和使用寿命。因此，探讨、分析铜和铜合金管坯水平电磁连续铸造工艺具有重要的作用和意义，只有管材生产工作人员重视工作、研究工作中水平电磁铸造工艺，最终，才能提高整个通与铜合金管坯铸造工艺的水平和质量。

一、铜与铜合金冷凝管的生产

（一）紫铜冷凝管的生产

紫铜冷凝管的生产方法主要包括两种：铸轧法和焊接法。铸轧法主要具有投资少、能源消耗量低、模具费用低以及工艺流程短等优势，并且成品率可高达85%以上，但其主要的缺点就是对管坯表面的质量要求比较高，在铸轧前需要将表面的缺陷用铣面处理干净，并且在一定程度上受规格限制，同时采用传统铸轧工艺下的空心铜管坯中晶粒粗且大。但是随着科技的发展，铸轧法已经逐渐代替原有的铸造方法，取得了非常好的效果。焊接法主要的优点就是可以使用多种模具且能够生产出较为复杂的齿形管材，同时，不需要。但是，同样也存在一定的缺陷，例如，成本较高，铜带的毛刺、飞边以及表面质量等要求较高。

（二）白铜冷凝管的生产

白铜冷凝管的生产主要包括三种：挤压法、冷轧法以及铸轧法。挤压法是使用最为广泛的一种方法，其优点是管材晶粒组织细小、管坯质量较高，而缺点是制造工艺要求过高、挤压难度大、模具种类多等，成品率仅为45～50%左右。冷轧法主要优点有投资小、占地小、能源消耗量低以及模具费用低。根据相关研究表明该方法生产下的成品率为60%。而采用冷轧法主要的缺点有：在铸轧前应该将表面的缺陷采取铣面处理；在生产过程中容易出现开裂、轧断等质量问题等。铸轧法目前已经形成了大规模的生产，铸轧法主要的优点就是工程投资费用低、能源消耗率低以及工艺流程短等，而相应的缺点所需温度高、磨损严重等。

二、铜与铜合金管坯水平电磁连续铸造工艺

（一）紫铜管坯水平电磁连续铸造工艺

铜管坯水平连续铸造装置主要包括牵引系统、结晶器系统、保温炉以及熔化炉等。在生产过程中，熔化炉应该采用中频感应电炉，在生产过程中可以产生电磁感应使炉料产生感应电流，并提高炉内温度直至温度可以将炉料熔化，并且还要避免金属液吸气氧化，在熔炼过程中应该在金属液的表面铺盖150毫米到200毫米的木炭，并且在金属液出炉之前采用Cu-13%P对其进行脱氧，然后脱氧之后的金属液通过流槽导入保温炉内。保温炉主要采用工频有芯感应炉，是一种耐火材料容器，用来储存金属液的装置。保温炉能够保证金属液在铸造过程中准确的控制其温度和化学成分，从而实现连铸过程顺利进行并且还具有净化金属、去除杂质的作用。牵引系统主要是由控制柜、牵引杆以及拉坯机等构成，其中拉坯机是整个牵引系统中最重要的组成部分，不仅影响着连铸能否正常运行，而且对连铸坯的质量也造成直接影响。按照结晶振动方式主要可以将水平连铸设备分为两类，而常见的拉坯方式有三种：1、拉-反推式；2、拉-反推-停-反推式；3、拉-停-反推-停式。合金强度是选择拉坯模式的主要因素之一，拉-反推式主要适用于强度高的金属；拉-反推-停-反推式主要适用于中等强度的金属；拉-停-反推-停式主要适用于低强度的金属。铜和铜合金属于强度低的金属并且还容易产生裂纹等问题，因此主要选择第三种方式。第三种拉坯方式还具有以下优点：冷却时间久；能够增强坯壳厚度；提高管坯质量且降低拉坯阻力。

结晶器系统主要分为两个部分：冷却系统以及石墨模具。冷却系统主要分为两个部分：一冷和二冷。其中一冷区主要是在水平连铸过程中将金属液的热量散出，同时当管坯从一冷区出来进入二冷区后，直接喷水将管坯冷却下来。二冷区的冷却水流量随着管坯的温度升高而增大。电磁系统主要由两个部分组成：电磁发生器以及电源。电磁发生器中的磁轭能够产生强烈的磁感应强度，并且磁感应强度越高金属液的搅拌强度以及流动速度也会随之增加，在使用时还要考虑其使用的安全性。影响电磁发生器的磁感应强度还有一个因素就是压板的材质，而在水平电磁连续铸造铜管坯时，弱导磁的不锈钢是炉前压板材料最适用的材料，可以避免或是减少对电磁发生器的影响。

（二）BFe10-1-1白铜管坯水平电磁连续铸造工艺

本文主要分析的是BFe10-1-1白铜管坯的水平电磁连续铸造工艺，在熔炼过程中，主要采用中频感应电炉熔炼铜合金液并将石墨坩锅作为炉膛内衬，同时，为了避免合金元素遇气氧化，可以在金属液的表面铺上30毫米厚烘烤后的木炭。将电源的频率设定在2500Hz，并采用快速铂铑热电偶对金属液的温度进行测量，达到出炉的温度之前还要通过Cu-15%Mg中间合金对金属液进行脱氧，为了避免在浇包转注使金属液温度降低，因此，我们可以将浇包的温度控制在650℃。

BFe10-1-1白铜管坯的水平电磁连续铸造过程中容易产生一些缺陷，例如，裂纹、冷隔以及气孔等。裂纹产生的重要原因就是在铸造过程中，由于金属液在冷却时，随着温度的降低，管坯的表面开始收缩，但是管坯的内外温度存在一定的差别，因此，导致管坯的外部收缩量大而内部收缩量小，从而产生拉应力和压应力，导致管坯出现裂纹。在铸造过程中为了降低这种缺陷，应该尽量采取低温浇注的方式。冷隔产生的主要原因是浇注温度过低而冷却强度过大而造成的。在浇注过程中，由于温度过低导致金属液在石墨模具中很难完整充型；而在凝固区域，由于金属液的温度降低而导致其表面形成薄坯壳，所以可以适当采用降低一次冷却温度、增加浇注温度的方法尽量避免出现这种缺陷。气孔产生的原因是配置合金时采用的炉料中含带一定量的油污、水分等杂质，在熔炼过程中容易造成熔体吸气，而且溶解在金属液中的气体是极度不稳定的，在凝固过程中，金属液中的溶解度会急速下降，从而引起大量的气体溢出，由此，产生了气孔。为了改善这种情况，我们可以采用新旧料搭配使用以及旧料加入前加热的方法，同时，还要注意在熔炼和保温的阶段要对脱氧剂加入量进行严格控制。

结束语

综上所述，本文主要分析了本文主要分析了铜与铜合金管坯水平电磁连续铸造工艺。水平电磁连续铸造工艺是管材生产中最重要的一种生产方式，笔者希望更多的专业人士能投入到该课题研究中，针对文中存在的不足，提出指正建议，为提高我国铜与铜合金管坯水平电磁连续铸造工艺做出重要的贡献。

参考文献

[1]阎志明.铜及铜合金管坯水平电磁连续铸造技术研究[D].大连理工大学，2009.

[2]朱庆丰.铝合金差相电磁水平连续铸造工艺及理论研究[D].东北大学，2009.

[3]刘宁.复层铝合金管坯水平连铸技术研究[D].大连理工大学，2013.

[4]孙建波.复层铝合金铸坯连续铸造技术研究[D].大连理工大学，2011.

篇5

(1.枣庄市盛源荣达实业有限责任公司，山东枣庄，277519；2.山东理工大学，山东淄博，255049)

摘要：本文利用快速成型、硅溶胶翻模及树脂模具制造工艺，开发了一种汽车轮毂树脂铸造模具的快速制造技术。用该工艺制造的铸造模具的尺寸精度、表面光洁度和表面硬度都很高，可满足铸造的工艺要求。

关键词 ：汽车轮毂，树脂铸造模具，快速成型，硅溶胶翻模

作者简介：翟传伟（1989-），男，山东枣庄人，本科，主要从事铸造工艺的研究。基金项目：山东省研究生教育创新计划项目（SDYY13132）资助课题。

1 引言

在铸造过程中，模具是必不可少的铸造工艺装备，以往的铸造模具多是采用木质或是铝质的。传统的模具制造方法由于制造工艺复杂，所以具有本身所固有的一些缺点，如制造成本高、生产周期长、产品改进困难等。

本文针对汽车轮毂铸钢铸件， 将快速成型[ 1 , 2 ]、硅橡胶翻模以及树脂模具制造等技术[ 3 , 4 ]有机结合在一起， 开发出了快速制造用于垂直分型无箱造型的树脂铸造模具的新工艺， 满足了该铸件生产的需要。用快速成型技术制造的原型材质为光敏树脂， 其强度和表面硬度不高， 不能直接使用， 所以本文将原型翻制成表层耐磨和背层强度高的环氧树脂复合材料来制作铸造模具。用该工艺制作的模具具有尺寸精度， 表面光洁度和硬度都较高， 制造周期短的优点。

2 树脂铸造模具快速原型的制作

本文在该汽车轮毂铸件零件图的基础上，根据铸件的技术要求和查表所得的加工余量、拔模斜度、收缩率、铸件尺寸公差等工艺因素（其中收缩率的选取还考虑到硅橡胶凹模、树脂铸造模具的制造翻制误差、自身线收缩产生的误差），采用UG软件画出的铸件三维图，如图1所示。

将该铸件三维图转化为S T L 格式文件， 用快速成型机L P S 6 0 0 A 制得的模具快速原型如图2 所示。

3 树脂铸造模具的制造

3.1铸件树脂模具的制造利用制得的模具的快速原型，将其表面清理干将硅橡胶与固化剂按50:1的比例混合均匀的硅橡胶液体在其表面用毛刷涂刷2～3层，待硅橡胶固化后，得到硅橡胶层如图3所示。

将硅橡胶层的背面用与一定的水混合后的石膏粉泥以一定的厚度均匀地涂覆，待石膏层完全硬化后，将涂覆有石膏背层的硅橡胶层从原型上取下，则得到了用于制造树脂模具的硅橡胶凹模如图4所示。

在硅橡胶凹模表面先刷上一层由环氧树脂、固化剂、耐火材料粉末等材料混制成的面层树脂材料，如图5所示，待其硬化以后，在面层树脂材料上再均匀涂敷上一层厚度为2 ～ 3 c m 厚的由树脂、固化剂以及短切纤维原丝混制而成的背层树脂材料，待树脂材料固化以后，去除硅橡胶凹模，得到铸件的树脂铸造模具如图6所示。

3.2 树脂铸造模具浇注系统的设计

本文根据该汽车轮毂铸件是采用垂直分型无箱造型铸造工艺的要求，计算并设计了与造型设备相配合的铸造模具所需的左、右型板，模具采用一型铸六个铸件的造型方式，计算并设计了铸造模具的浇口杯、直浇道、横浇道及内浇道等浇注系统（详见图7和图8所示）。

3.3 树脂铸造模具的组装

根据设计的铸造模具的型板及浇注系统等模具各部分在型板上的位置，将各部分安装在型板上，得到的完整的树脂铸造模具的左、右模板的实物图分别如图7，8所示。

4 树脂铸造模具的制造工艺分析

4.1 快速成型技术和硅橡胶翻模技术是本文

开发的模具快速制造技术的基本保证利用快速成型技术可以迅速而方便地得到树脂模具的原型，原型的尺寸精度高，误差只有零点几毫米，这就保证了模具的制造精度。

在得到的原型的基础上，利用硅橡胶翻模技术可以方便地将模具原型翻成用于制造树脂模具的硅橡胶凹模，可以保证树脂模具的制造精度。经过对树脂铸造模具实际尺寸的检测，其尺寸误差在0.5mm以内，满足了铸造模具的精度要求。

4.2 采用面层和背层复合树脂材料可保证模具的使用性能

在环氧树脂材料中加入耐火材料粉末作为树脂模具的面层材料，可确保树脂铸造模具表面的硬度和耐磨性能，加入玻璃纤维丝作为背层材料可以保证模具的使用强度，树脂铸造模具的使用寿命要接近于铝质模具。所以对于批量不大的铸件而言，可以利用树脂铸造模具来满足生产要求，而不需要制造金属模具（铝质或是钢质），增加生产成本。

5 结论

（1）在首先得到模具快速原型的基础上，利用硅橡胶翻模技术和树脂模具制造技术可以快速翻制出树脂铸造模具。

（2）利用本文开发的新模具制造工艺制造的树脂铸造模具具有尺寸精度、表面光洁度和表面硬度都很高的特点，可满足铸造的工艺要求。

（3）本文开发的树脂铸造模具可适用于生产批量不大的铸件的铸造工艺过程中，取代金属模具，节约生产成本。

参考文献

[1]卢秉恒.西安交通大学先进制造技术研究进展[J].中国工程科学，2013,15(1):4-8

[2]张勇，卢秉恒.采用RP技术的玻璃模具的快速制造[J].现代制造工程，2012,(8):41-45

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摘 要：随着制造业的发展，压铸件的制造发展也比较迅速，现已被广泛应用于汽车、飞机以及仪器仪表等制造行业。其中铝合金缸盖就是压铸件的一种类型，铝合金缸盖在制作的过程中，由于发动机缸盖壁厚不是很均匀，制造时容易发生开裂、气孔以及粘膜等不良现象。所以在制作过程中必须对原来的工艺方式进行进一步优化，提高铝合金缸盖的制作质量。本文主要分析铝合金缸盖的工艺优化措施。

关键词：铝合金；缸盖；工艺优化；

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-04-00-01

压铸件的制作需要在先进的工艺流程下完成，必须能够保证铸件尺寸的精确度和充型的平稳性，只有这样才能获得更加优质的铸件。传统的铸造工艺已经不能适应社会发展需求，很难根据产品的产量和工艺要求，铸造出符合社会需求的铸造件。为了提高铸件的质量，我们在这里对铝合金缸盖的工艺进行优化升级，准确的确定铸件的工艺参数，从压射比压、材料成分等方面对铸件工艺进行改进，消除铸件制作过程中存在的壁厚不均等问题。

一、铝合金缸盖和铸造工艺概括

铝合金缸盖制作结构比较复杂，而且壁的薄厚不均匀，废品率较高，在制作过程中对工艺参数要求比较高。缸盖一般有进/排气道、燃烧室、冷却水套以及油池等几部分组成。如（图一）为一重型发动机缸盖模型，质量0.7kg，体积266cm3，外形尺寸为：115mm×110mm×41mm，壁厚：3mm-13mm不等，年产量为40万件。

一般情况下，在铸件制作过程中出现的壁厚不均匀、火花塞孔缩松等问题一般采用低压铸造工艺解决，主要是因为低压铸造工艺方法操作简单、设备廉价，产品致密性好、内部缺陷少、表面光洁等优点，但是低压铸造不利于大规模生产，它膜温比较高，凝固速度慢，铸造周期一般比较长，导致生产效率低下。为了解决这方面的问题，可以对低压铸造工艺进行改造，解决成本和产能问题。

二、压铸工艺优化

（一）铸件材料。乘用车发动机缸盖一般采用铝合金材料，化学成分主要由铝、锌、镁、铁等元素构成，在压铸的过程中要根据其材料成分进行严格的压铸。另外，在压铸的过程中可能容易发生粘膜、气孔、裂纹等现象，废品率高达80%左右。经过仔细的分析，发现铸件中铁元素的含量对铸件有着非常重要的影响，如果铸件中铁含量在0.7%以下，压铸件容易发生气孔、粘膜的等缺陷；当铁元素含量在1.0%以上，压铸件容易发生开裂现象；而当铁元素含量在0.7%-1.0%之间时，能够实现较高的产品合格率。为了提高铸件的合格率，对铸件材料成分进行改变，以便改变其力学性能。我们先利用万能材料试验机进行试验，试验结果要求伸长率在1.4以上，抗拉强度在240MPa以上，屈服长度在154MPa以上，只要材料改变之后的铸件符合这些条件，就代表试验成功。然后根据测试报告分析得出材料改变之后铸件材料的伸长率、抗拉强度以及屈服长度均在要求范围之内。

（二）内浇口宽度的优化。内浇口参数的优化主要包括其长度、厚度以及宽度的优化，通过对内浇口宽度与长度经验值的分析可知（内浇口宽度与长度经验值如表一），内浇口宽度一般为2-3mm，它与压铸件的形状之间没有太大的关联性。如果内浇口的宽度太大，会增加液流阻力，导致压力不易传递，增加保温时间，降低铸造效率；如果内浇口的宽度太小，容易发生喷溅现象，加快内浇口的磨损速度。但是如果试模过程中选择2mm宽度的内浇口宽度，铸件往往会出现气孔、浇注不足等缺陷，导致铸件结构缩松，仍然不能提高产品合格率。经过反复试验，将内浇口宽度设计为4mm，采用大流量进料方式进行浇铸，预防上述缺陷的出现时，内浇口宽度更加接近壁厚。

（三）提高压射比压。一般情况下，在铸件的铸造过程中为了提高铸件的质量，往往会采用提高压射比压的方法，特别是在内浇口宽度增加的情况下，这是一种较好的方法。但是需要注意的是必须要将填充过程控制在0.3s之内。普通的压射比压=80MPa，在此工艺下我们把铸件的压射比压提高到120MPa。但是，提高压射比压容易导致粘膜缺陷，降低铸件的使用寿命，为了避免这一缺陷的出现，我们还需要改进填充过程，在金属液充满型腔的0.01s内刹车保压3s。

（四）设定压铸工艺参数。在本次工艺改造中我们采用IMPRESS-3系列1600kN压铸机，然后在不断的优化过程中确定压铸工艺参数，压射温度：680摄氏度，模具温度在180-220摄氏度之间，冲头高速速度为6m/s，高速压射行程为208mm，冲头低速速度为1m/s，低速压射行程为140mm

三、结语

通过对以上工艺过程的改进与优化，对发动机缸盖的平面气孔进行测试，确定工艺优化效果，本次工艺优化检验结果是产品合格率达到95%左右，取得较好的工艺优化效果。对于发动机缸盖壁厚不均匀、螺纹加工不良、裂纹等缺陷的解决，要从材料、压射比压以及内浇口等方面进行优化改进，改进工艺参数，提高铸件质量，和产品稳定性。

参考文献：

[1]赵建华，刘涛，曾礼等.铝合金汽缸盖低压铸造数值模拟及工艺优化[J].热加工工艺，2011，40（1）：39-41.

[2]于波.基于数值模拟分析的铝合金缸盖罩压铸工艺优化[J].铸造技术，2011，32（8）：1109-1111.

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艺术家通过玻璃的材料语言的巧妙运用，把玻璃原材料的材质美感强化表现出来，使我们对于材质的认识和理解更为深刻，同时艺术家作为一个艺术运动过程中的媒介，具有极强的主观性，艺术家大多敢于打破常规，挖掘并创造出玻璃材质的无限可能性。这一方面能够打破对于玻璃的社会认识，摆脱惯性思维的束缚，同时在玻璃材质的特殊性的影响下，玻璃造型艺术作为单独的艺术学科，也在不断地展现给公众越来越多的超乎想象的独特魅力。

关键词：玻璃艺术；无限可能性；材料语言；独特魅力

第一章 玻璃艺术存在的意义

第一节 玻璃艺术的概述

何为“玻璃艺术”：以富有创造性的方式方法――“艺术”为主体，“玻璃”为载体的玻璃造型艺术，玻璃视觉艺术。 玻璃艺术作品具有独一无二性，纯手工性，出自艺术家之手的。在现如今这个我们被工业化产品包围的大环境里，工业化的产品往往体现出“绝对准确无误”、“毫厘不差”、“更有效率”、“精密”等等优势，故而相较于手工艺艺术作品而言在实际应用中具有更为广泛的运用。我们在无形间习惯了这种工业化产品，工业化产品变得生活化，具有较强的广泛性。工业化产品一方面在消减着传统手工艺的生存空间，但在另一方面也在促进传统手工艺中精湛的手艺的价值体现。本文正是基于玻璃手工艺艺术中的独特美感以探索、分析玻璃的材料语言美在视觉符号中的体现。

玻璃热成型铸造工艺是高校玻璃艺术专业经常接触的制作工艺。如图一，艺术家韩熙的作品《林吻》，作品采取玻璃铸造工艺，艺术家灵活的运用玻璃定位烧制的方法，在玻璃热成型模具铸造工艺中，玻璃的设色，色块的安排与颜色的流动性都是会在创作中经常遇到的问题，而且极难控制。玻璃艺术家韩熙就很好的控制住了平面玻璃在烧制过程中的色彩问题。《林吻》系列采用玻璃热成型模具铸造工艺中的色彩定位烧制法和二次铸造法，即将已经烧制成功的平板玻璃按照艺术家的方案设计准确的排列在模具中，在通过透明色料提亮作品的透光性。最后运用精密的窑炉中高温烧制下气泡浮动温度曲线和高温铸造下色彩流动的温度曲线相结合，最后烧制成功这一组非常有玻璃色彩语言的作品。这两组玻璃作品中的玻璃的通透性，色彩的流动性，色彩的层次性，气泡的大小控制上等等方面都比较好的运用和体现。是一系列较为受到社会公众好评的艺术作品。

第二节 玻璃艺术的常见的表现形式以及其特点

玻璃艺术的表现形式是多样的，最常见的就是模具铸造工艺，即将制作好的耐火材料模具和玻璃原料放入窑炉中经过高温融化后自然流淌到模具里，已达到艺术家在造型上的预期效果。玻璃铸造作品往往被放置于博物馆以及高档的酒店中展出陈列，由特定的展台及灯箱光源投射。由于一般玻璃铸造的作品的尺幅较小，同时玻璃艺术作品的空间表现力较强，能够通过玻璃材质的转折、凹凸、或叠加等等方式来传递出空间中的景物，并且利用玻璃的材料语言进行变形，抽象。由于玻璃材质的众多独一无二的特点，因此玻璃艺术作品不难在一些高档场所的空间中发现。

在上海玻璃博物馆中，收藏着世界众多玻璃大师的优秀作品，作品是当代玻璃艺术大师史蒂芬・温伯格的著名玻璃作品《船》系列，作品利用表面的凹凸和精准的气泡的浮动定位，使得这件作品在任何一个角度去观察，都能看到整个空间的景象，同时作品采取与其他金属材质的结合，营造出一种极其富有美感的自然龟裂肌理。

玻璃吹制工艺是玻璃热成型工艺中的另一个较为重要的工艺技法，虽然由于其工艺技法的限制性较大（作品必须是由吹管导入空气使玻璃表面膨胀，因此作品总会是中空的），但富有创造力的艺术家总是能够创造出无限的可能性。作品是戴尔・奇胡利的玻璃庄园的艺术作品，一艘载满五彩斑斓的玻璃植物的木船。垂直而成的玻璃球由于其壁较薄，同时密封性较好，故而能够在水面上漂浮，展现出一幅与自然和谐共处的景象。在长满荷叶与各种外形奇特的植物中间，我们很难分得清楚那里是植物，哪里是艺术家的作品。如图二。

玻璃镶嵌彩绘花窗是学院派玻璃的一门重要必修课。这是一门与公共空间衔接密切的艺术形式。它能够比较好的在作品中体现出平面画作的效果，并且能够在借助阳光下从建筑内部观察或夜间借助灯光，在建筑外部观察的时候，以“光传递画”，由于光的穿透性，玻璃被投射在空间中五彩绚丽的色彩，因此在西方的教堂中，尤其是基督教堂或天主教堂或东正教教堂中，经常会看到玻璃镶嵌绘制结合的彩色玻璃窗，西方人往往认为这种光线能够净化信徒的内心，洗涤内心的污秽，并且能够起到在与上帝沟通过程中的心灵桥梁或心灵之路。

第二章 玻璃在公共空间中的运用以及典型的案例分析

第一节 玻璃与公共空间的关系

玻璃作品的色彩在光源的穿透下往往呈现给我们极其清澈的色彩，是其他任何材质都无法比拟的。这与玻璃材质的自身透明度有关。如今玻璃技术的发展迅速，玻璃已经达到了所有材料材质中透明程度的顶峰。也正是这种高透明的特性使得玻璃在我们的生活中的方方面面的运用越来越广泛。这也是社会大众对玻璃材质的优势的认可。

公共空间中玻璃的合理运用可以使整个空间变得极其富有趣味性，彩色玻璃艺术家的巧妙布局后，整个空间的氛围变得非常活跃，在这些作品中，玻璃通过光线传播出来的清澈的效果绝非其他材质所能代替，彩色的光线渲染极其清澈透明，具有极好的穿透力，能够使行人在其中很容易地受到活泼的色彩洗礼。

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1、绪论

1．1前言

铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。优点是：制造成本低，工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件，在机械制造中占有很大的比重。铸造工艺可分为重力铸造、压力铸造和砂型铸造。

但是，当遇到某些结构较为复杂、壁厚不均匀的铸件，在铸造的过程中很容易出现各种铸造缺陷。常见的铸造缺陷有缩孔、缩松、夹渣、气孔及裂纹等，严重时会影响铸件质量，降低强度、刚度甚至造成废品。而常规的强度分析对象是理想的零件结构，未考虑零件制造过程产生的缺陷，对于此类零件，如何确定结构缺陷部位的应力应变分布，对零件的整体的危险截面、强度与刚度影响，带有铸造缺陷的零件是否可以继续使用等问题，都是需要设计与分析人员在产品设计与开发阶段去解决的。

铸造过程计算机模拟与仿真是铸造学科发展的前沿领域。铸造过程的数值模拟可以帮助工程技术人员预测铸件缺陷。确保铸件质量，降低生产成本。常用的铸造缺陷分析软件有Procast、

Anycasting等。

2、铸件有限元缺陷分析

2.1有限元法和有限单元的概念

有限元法又称有限单元法，是结构分析的一种数值计算方法，它随着计算机的发展而应运而生，并得到了广泛应用，目前已成为工程数值分析的有力工具。在实际工程应用中，我们首先把CAD模型分割成有限个实体单元或者壳单元。一般作为实体单元所适合的结构，是具有三维形状变化的物体，棒状、平板状的物体一般划分为壳体单元。

2.2有限元分析铸件缺陷和优化结构的一般流程

（1）铸件在设计过程中所建立的三维模型，通过格式的转换可以成为有限元分析的模型。

（2）有限元网格划分：有限元网格划分是进行有限元优化分析至关重要的一步，有限元分析的精度和效率与网格单元的密度和几何形状有着密切的关系，并且有限元网格划分的好坏，对后续数值计算结果的精确性有着直接的影响。一般情况下，结构的复杂和需要进行优化设计的构件，对其采用实体单元网格划分，同时，在非干涉和装配部位进行必要的材料填充；另外，对分析过程中涉及到的简化梁等结构，宜采用壳单元的划分方式。

MeshCAST对输入的模型或网格文件进行剖分，最终产生四面体网格，生成mesh文件，文件中包含节点数量、单元数量、材料数量等信息。

（3）确定边界约束条件

有限元计算，归结为一句话就是解微分方程。而解方程要有定解，就一定要引入条件，这些附加条件称为定解条件。包括被分析零件所受的力、力矩、载荷、冲击、震动，与其他相关零件的连接方式和受到的各种约束等等。用PreCAST分配材料、设定界面条件、边界条件、初始条件、模拟参数， 生成dat文件。

材料属性及性能参数：包括材料的杨氏模量、泊松比、密度、屈服强度和抗拉强度等。

（4）运行ProCAST对铸造过程模拟分析计算，生成unf文件。ViewCAST显示铸造过程模拟分析结果。PostCAST对铸造过程模拟分析结果进行后处理。通过对充型流动及凝固模拟结果的分析可以发现铸件所存在的卷气、裂纹、缩松、缩孔、夹渣等缺陷。

（5）铸造工艺和模具的优化流程：

铸造工艺方面可以通过修改浇注系统、补缩系统和铸件的结构，实现初始温度场的温度分布均匀，凝固过程液体收缩的平衡性，以消除裂纹、卷气和缩孔等缺陷。

消除热节、降低缩孔缺陷和改善充型避免卷气是模具具改进的方向。

第一，可以采取方法加厚冒口保温层厚度、延长冒口内金属液的凝固时间，也就是增加冒口对热节的补缩时间。进一步采取增大冒口和补缩通道的体积。

第二，采取加内冷铁的方式进行补缩。使用与铸件相同材质的圆柱形棒，放置在铸件易产生缩松和缩孔的热节部位的中心位置，目的是加快热节部位的冷却。

第三，通过零件设计更改对铸件的倒角进行了修改，由于倒角R的改进，有利于液流比较顺畅地填充，减少卷气的发生。

第四，修改浇注系统，实现初始温度场的温度分布均匀，凝固过程液体收缩的平衡性，以消除裂纹缺陷。

第五，对流道及冷却管路进行了改进。在厚壁对应模具处设置了点冷。在凝固方面，在动模和静模上设计了点冷水管，而且都设计在热节正上方和正下方，尽量靠近铸件的厚壁部分，优化冷却效果。在充型方面，将流道浇口延伸到厚壁部分的位置，使金属液较早的填充。

3、铸件缺陷分析与解决实例

下面以一个高锰钢铸件为实例，说明用铸造分析软件分析铸件缺陷，并针对缺陷制定相应的解决方案，对浇注系统、补缩系统和铸件结构进行优化修改，最终减少和避免缺陷发生的过程。

该铸件的铸造初始工艺使用冒口加保温套的冒口设计，并使用开放式的浇注系统设计。但实际生产中，在铸件的底部会出现竖直的裂纹。分析裂纹产生的原因主要有以下几点：

不合理的浇帽口设计；

铸件内部有缩孔缩松；

铸件内部的组织不够致密等。

通过使用CAE软件对该铸造工艺进行仿真，包括充型过程模拟、凝固过程模拟和热应力形成模拟。模拟过程发现铸件内基本没有明显的缩孔和缩松缺陷，但是，铸件中部出现大量微观收缩缺陷，可能会影响到铸件的致密度及强度。同时，通过应力分析，发现底部有应力集中现象，如图1.1所示。因此，加上铸件内部组织的的致密度强度问题，底部容易出现裂纹缺陷。这样，通过CAE分析系统，找到了裂纹产生的原因所在，并制定了以下的解决方案：

图1.1

修改浇注系统，由原来开放式的浇注系统更改为从铸件底部四点浇口。

将产品底部转角部位的倒角增大，液流顺畅地填充，减少卷气和应力集中的发生。

将冒口向中心移动，改善铸件中部出现大量微观收缩缺陷。

采用新工艺铸造的零件，通过CAE软件分析发现微观收缩缺陷得到明显改善，并且远离了裂纹危险区域。底部应力集中现象有了明显改善。模拟结果显示，新的工艺能够保证凝固过程中收缩平衡，也改善了内部的组织性能，有效的降低了裂纹产生的可能性。

微观收缩缺陷的改善应力集中减少

4、铸件优化设计

由于整个机构的复杂性，零件在原始设计中，对产品的性能未能充分把握，在进行设计时只能作定性分析和类比估算。另外，由于对实际的受力点未能牢牢把握，导致结构材料分布不够均匀，铸造工艺性较差。这些情况都需要通过优化铸件的结构和形状，来提高铸件的工艺性。

在利用Hyperworks软件做优化分析时，通常的流程是首先读入CAD模型，然后划分网格，添加边界条件，设置优化分析模型参数。优化分析模型一般是由目标函数、约束条件、优化设计变量三个方面组成。借助于Hyperworks软件的OptiStruct模块，在现有的计算机条件下可以很方便的实现。首先，在轻量化分析过程中，一般选取优化设计变量为铸件体积的减少量，然后采用传统的拓扑优化方法，将总体的应变能作为目标函数。主要采用OptiStruct模块的拓扑优化和形状优化。首先，拓扑优化可以获得一个最佳的结构布局——即最佳的材料分布；然后在这个最优结构布局的基础上按照实际设计需求形成一个新的设计方案，并反馈到CAD软件中，形成新的CAD模型，最后应用更仔细的形状优化工具，同时添加适合铸造的约束条件，得到最有效的细节设计方案。

5、结论与展望

铸造数值模拟可以帮助工程技术人员在铸造工艺设计阶段对可能出现的各种缺陷和大小、部位和发生的时间进行有效的预测，从而优化铸造工艺设计，确保铸件的质量，缩短试制周期，降低生产成本。同时，铸件结构和形状的优化过程直接通过软件完成，大大减少试制和改模的次数。通过多次的模拟和优化，可以验证模具方案的有效性和铸件的最优形状和结构。

参考文献

[1] 柳百成,荆涛主编.铸造工程的模拟仿真及质量控制［M］,北京：机械工业出版社,2001

[2] 黄志光.铸件内在缺陷分析与防止［M］．北京：机械工业出版社,2001

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一、新疆英吉沙小刀的制作流程

新疆英吉沙小刀的制作特点是手工精细，为制作好的小刀，工匠们必须从选材、铸造、焊接、加热、淬火、回火等各个方面精心地配合炉火纯青的技术来锻造。在制作好的刀坯上制作刀刃、血槽，然后用拼贴法或镶嵌法、錾刻法装饰刀身、刀柄等部位。为了保护刀刃，最后加上金属或皮制刀鞘。具体流程：选择优势钢材（轴承钢）――煅烧――捶打成刀柄、刀身――接合刀柄刀身――再次锻打――淬火――打磨――锉平――装饰刀身、刀柄等部位――缝制刀鞘并加以装饰――完型。

在英吉沙小刀制作过程中，选好钢材是首要条件，煅烧时注意火候和温度，捶打刀柄刀身时注意钢的厚度和锻打方位，使其均匀受力，逐渐成型，在接合刀柄刀身时常用的是全龙骨贴片法，全穿心柄法，半穿心柄法。

接合刀柄刀身后，经过修复、整理、淬火、打磨、锉平等工序，使英吉沙小刀表面光滑光亮，刀刃锋利，形体坚固。然后用錾刻、镶嵌、拼贴等手法装饰刀身、刀柄等部位，最后缝制皮质刀鞘并加以装饰。

二、新疆英吉沙小刀的制作工艺

英吉沙小刀的制作一般有铸造工艺和捶打工艺，铸造工艺用金属液浇灌合模而成，捶打工艺用铁棒或铁圈在炉中烧红，然后用锤敲、打成刀坯。

（1）铸造工艺

早期的铸范是石头或土陶制成的，用沙子作内芯在埃及时期就有使用，但现代铸造常用的翻沙工艺在14――15世纪才出现。

英吉沙小刀的铸造工艺，首先制作一把木剑作为模具，炽热的金属水冷却后体积会缩小，因此，木模的尺寸需要在铸件原尺寸的基础上按收缩率加大，需要切削加工的表面相应加厚。把刀模分为两半进行制作，下半型放砂箱填砂紧实刮平，放上半型，撒分型剂，放上砂箱，填型砂并紧实、刮平，将上型和下型合好，进行浇注，也就是将金属水灌入砂型的空腔中，然后再经过除砂、修复、打磨等过程。

（2）捶打工艺

捶打工艺是维吾尔族刀匠们最常用，最古老也是最能体现英吉沙小刀独一无二的手工艺特性的地方。刀匠先选好轴承钢，在炉中烧红，用锤敲打成粗坯，一般有两人捶打，师傅一手握钳一手用小锤敲打，徒弟则用大锤锻打，小锤点哪大锤锻打哪。师傅一边捶打一边不断调整红通通的钢棒的部位，正面、侧面、反面，使之受力均匀，温度降低钢棒颜色变灰时，再煅烧，再捶打，反反复复。粗坯完型后，用砂轮打磨。

三、新疆英吉沙小刀的装饰工艺

英吉沙小刀的材料、造型与装饰工艺的关系是双向的，是相互影响和制约的。英吉沙小刀制作工艺是刀匠们的制作技术在刀的材料和造型上的艺术体现。

英吉沙小刀的材料主要有金属、木质、玉石、有机玻璃、动物骨质、角质等十来种。其中刀柄是装饰的重点，刀柄材料有黄铜、白铜、银、木质、玉石、有机玻璃、动物骨质和角质，装饰手法有拼贴法、镶嵌法、錾刻法，用足了刀匠们所有最精湛的技艺，也最能代表地域特色。

新疆英吉沙小刀的装饰工艺主要有：

（1）錾花工艺，是用小锤击打形状各异的錾刀，在金属表面形成凹凸不平、深浅有致的线条和纹样的一种金属变形工艺，主要用錾、戗等方法雕刻图案，使之富有艺术感染力，但是需要非常精细准确的刀法。

錾刻是錾花主要工艺，此方法在英吉沙小刀的装饰中占有重大的比例，常用于刀身錾刻巴旦木纹样，刀柄的各种浮雕纹样的装饰制作上。錾刻步骤一般是先用薄纸拷贝图案，轻放在金属上，用小錾錾出虚线，便于图案的定位，再用相应的錾子錾刻。但是，很多英吉沙小刀的刀匠们选好錾子直接在刀身上錾刻复杂的纹样，錾刻的技术早已达到了炉火纯青的地步了，那复杂的、重叠的、规整的巴旦木纹样组合很难想象到是用手工直接錾刻出来的。錾子就是小型凿子，这些凿子一般都是英吉沙工匠们根据所錾刻花纹的需要自制的。

（2）镶嵌工艺：英吉沙小刀的镶嵌工艺就是根据设计的要求，将不同色彩、形状、质地的镶嵌物，通过镶、锉、錾、掐、焊等方法，组成不同的造型和款式。镶嵌物主要有五颜六色的宝石、动物骨质、玉、木质、有机玻璃、塑料、白贝片、金属。镶嵌部位一般在金属刀鞘、刀柄、刀格处。刀柄是装饰的重点，采用各种材料嵌成各种晶莹俏丽的图案，十分精巧美观。镶嵌手法一般是用打磨机将动物骨质、动物角质、木质、有机玻璃、白贝片进行打磨，加工成为平整光洁的面进行镶嵌，也有把五颜六色的宝石半包镶在金属刀鞘和刀柄上，增加装饰作用，使宝石透入及反射更充足的光线，凸显宝石的艳丽光芒。

（3）牛皮压花工艺：牛皮压花工艺主要用于刀鞘的装饰上。皮制刀鞘选用牛皮进行压光、染色，成为黑色、黄色、棕色的皮料，裁剪缝合制作成刀鞘，再用各种型号的刻刀装饰几何纹样和植物纹样，刻划各种纹样的刻刀一般都是英吉沙小刀刀匠们自制的，装饰纹样的时候更加方便、快捷。压花使用的是模具压花，用小锤敲打压印钉沿着轮廓进行压印，有的还在牛皮压花的基础上镶嵌宝石，凸显英吉沙小刀的华丽华贵气质。

这些传统的装饰工艺，制作加工方法和材质的使用，使英吉沙小刀制做形成一定的模式，充分显示出手工艺加工的精致美，同时也显示出了金属和宝石的质地美，从而形成了英吉沙小刀的独特性。不同刀匠制作出不同造型和装饰的英吉沙小刀，同一刀匠也不可能打制出一模一样的两把小刀，这充分说明英吉沙小刀独一无二的特性和不可复制的手工艺，体现了新疆维吾尔族人们的聪明智慧和伟大的灵气神韵。

参考文献：

[1][英]R.J.福布斯等著 安忠义译.西亚、欧洲古代工艺技术

研究[M]. 北京：中国人民大学出版社，2008.4

[2]张文阁.民间器物 新疆民间美术丛书[M]. 乌鲁木齐：新疆

美术摄影出版社，2006.05

[3]杨晓康.新疆民族式小刀装饰研究[J].新疆艺术学院学

报,2005,(3).

作者简介：

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关键词：消失模 注浆泵 现代设计技术 UG

1.前言

我院广达注浆泵科技有限公司研制出BW系列注浆泵，在研制之初，全部泵体外壳采用砂型铸造技术进行外壳浇铸，生产出的产品具有加工余量大、表面粗糙度低，以及易出现气孔、冷隔、浇不足、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂等造型缺陷，因此，制造出来的产品，容易出现报废或次品，从而影响产品质量，影响产品使用寿命。

消失模铸造技术是目前国际上先进的铸造工艺之一，具有加工余量少、精确成型、无需取模、无分型面、无砂芯，因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度，并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。铸件表面粗糙度可达Ra3.2至12.5μm；铸件尺寸精度可达CT7至9；加工余量最多为1.5至2mm，可大大减少机械加工的费用。其工作原理是用泡沫塑料模样（包括浇冒口）代替普通模样紧实造型，造好型后不取出模样就浇入金属液，在灼热液态金属的热作用下，泡沫塑料汽化、燃烧而消失，金属液取代了原来泡沫塑料模所占的空间位置，冷却凝固后即可获得所需要的铸件。

在消失模铸造技术中，泡沫塑料模样的制作是重要的工艺环节，模样制造的好坏直接影响铸件的质量、形状等多个方面，而要得到优秀的塑料模样，则必须有优秀的模样的模具，因此，如何通过现代化设计技术，快速、准确地生成塑料模样的金属模具，成了设计的关键，我院通过反复实践，总结出使用现代工程设计软件UG来完成模具设计过程，具有设计周期短、设计精度高、可进行有限元分析等特点，本文对其设计过程作介绍，供相关工程技术人员参考。

2.UG建模技术介绍

UG是现代工业设计的大型工程软件，功能十分强大，使用UG进行建模，主要是完成三维模型建立，为后续模具设计过程做准备，使用UG进行三维模型建立，可以有以下方法：

叠加法：在作出一个基本体的基础上，像“砌墙”时不断加砖那样不断增加或去除新图素，从而使一个简单的模型变成一个复杂的三维模型。

缝合法：先制作片体，让片体加厚成为实体；或者先制作完全封闭的片体群，再让这些片体通过缝合得到实体，这种构造模型的方法称为缝合法。

综合法：将叠加法和缝合法联合使用。

使用UG完成制作的注浆泵泵体三维模型如图1所示。

图1 注浆泵泵头体三维模型 图2 泵头体模样模具

3.金属模样模具设计

由于消失模产品多为外壳类零件，其形状复杂，因此，对应的模具设计工作也过于复制，以往采用人工设计，速度慢，准确性差，重复修改困难，现在使用UG进行模具设计，具有快速、准确、可进行数控编程及加工等诸多优势。

使用UG进行模具设计的关键技术是进行电脑分模，对于不同模具，UG提供了不同的分模模块，而对于类似于消失模这类模具，则没有专门的模块，通过反复研究与实践，我们采取UG多种命令进行组合来完成模具分模的方法。具体操作过程介绍如下：

（1）模具分割

如果按如图1所示产品直接进行模具设计，几乎不能实现。因为其形状太过复杂，不便于抽芯拔模，因此，要对原来三维图形进行适当的分割，分成若干个可以方便进行模具设计的部分，各部分之间通过适当方式进行连接，最后总装成出乎塑料模样。为此，本模具分成如图2所示A、B1、B2、C、D共五个部分，经组装后得到图1效果。各部分之间有用来相互连接和定位的接榫，这样便于将各个模样模具生产出来的模样拼接成图1一样的整体模型。

（2）分模过程

将模具分成图2所示不同部分后，分别对各部分进行分模，制作成对应的模样模具。制作过程中，使用UG的布尔运算功能，再加上剖切、拉伸、旋转等命令来完成操作，以图2中另外A的模具操作过程为例，过程如下：

A.通过图2中零件A的三个通孔的中心作一基准平面，并以该面为基准，作一拉伸体，使其包围零件A。使用求差命令，将原来的零件A去除，结果如图3中A所示。

图3 下模制作过程

B.再在图3中A模型的M、N两个端面处制作两个基准平面，然后使用“分割体”命令对模型A进行分割，得到前、中、后三体，其中，中间体如图3中B所示。

C.对中间体使用拉伸命令，去掉中间的三个圆柱体部分，结果如图3中C所示。最后，将上一步操作中的前、后二体与修剪后的C体合并，就得到图2中模型A的下模型腔。

D.用同样方法，完成上模型腔制作，再通过拉伸等命令完成侧抽芯机构，就完成了图2中模型A的模具设计。

（3）模具体加工

使用UG加工功能，可以方便编写出数控铣床、加工中心等机床的程序，从而使设计出来的复杂模具产品能快速加工成相应的模具零件，加快模具设计与生产进度。

4.结语

通过将UG应用到消失模具设计上，可以大大提高设计效率，提高设计的准确性，便于模具设计修改，便于其模具体在UG环境下加工编程，从而改变了传统的设计制造观念，做出的模具精准可靠。用UG进行消失模设计的方法，可供相关行业设计与制造人员参考与借鉴。

参考资料

[1]钟奇《UG NX4 实例教程》，北京：人民邮电出版社2008-06

[2]钟奇《UG NX 7.5 高级应用教程》，北京：机械工业出版社2012-08

[3]王文清《铸造工艺学》北京：机械工业出版社 2011-06