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1、华中科技大学 硕士学位论文 薄壁铝合金艺术零件的消失模铸造技术研究 姓名：石卉 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：叶升平 20070531 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 干砂负压消失模铸造技术 （简称 LFC） 是一种近无余量、 精确成型的铸造工艺。 消失模铸造最早是因艺术铸造而发明的，其在铸造工艺方面的特点，引起铸造业的 关注。 经过多年的发展， 消失模铸造技术现广泛应用于汽车箱体等复杂铸件的生产， 在艺术品铸造方面应用报道反而不多见。因此研究消失模铸造技术在艺术铸造中的 应用，有利于扩展消失模
2、铸造技术的适用领域，同时也有利于消失模艺术铸造的研 究。 消失模铸造的关键是泡沫材料的选择与成形。本文以实验为基础，对比了几种 泡沫材料 EPS、EPP 和 EPE 与消失模铸造中相关的性能，研究了泡沫材料在消失模 铸造工艺，尤其是在艺术铸造中的适用条件。 研究了消失模艺术铸造泡沫模样的成形，比较泡沫材料的几种切割成形方法， 总结了不同切割方法泡沫切割成形的特性。对消失模技术在艺术铸造中应用时，三 维设计中需要注意的方面进行了总结。 基于 UG/Modeling 模块， 独立设计了消失模铸造技术委员会浮雕艺术展牌和五 星级会员标牌，前者利用 EPS 快速成形系统制作了泡沫模样，后者用模具成形技
3、术 制作了泡沫模样的模具，可批量生产。 根据消失模铸造的工艺和艺术铸造的特点，特别研究了薄壁零件（散热片）的 消失模铸造工艺。总结出了基于消失模技术的薄壁零件的泡沫模样的成形条件和薄 壁件铸造成型工艺，为消失模铸造技术在艺术铸造领域探索提供了重要的数据和经 验。 关键词关键词：消失模铸造 艺术铸造 EPS 泡沫材料 薄壁件 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract Lost foam casting(LFC）is a new foundry technology which has a good molding qu
4、ality. This technology was invented for art casting. Because of its character in casting, it was attracted in the foundry. Nowadays, LFC has been applied to produce complex automobile part as block and cylinder head. There is not many application in the art casting. So studying on the LFC-art castin
5、g is propitious to extending the feasible field and using of the LFC in art casting. The key point of LFC is the choosing and molding of the foam material. This thesis is base on the experiments. In the experiment, the characters of EPS, EPP and EPE have been compared when they are use in LFC. And s
6、ome research in the capability of the material used in LFC have been taken, especially in the art casting. By the study of the molding of the foam pattern and the compare with different cutting methods, the conclusion of the character of the different cutting has been made, especially in the LFC-art
7、 casting. Some needed to pay attention when the 3D designed is pointed out. The basso-relievo board of the LFC casting committee and the five-star member tablet have been designed independently based on UG/Modeling module .the foam pattern of the board has been produced with the EPS rapid prototypin
8、g. The tablet of LFC committee and its mould have been molded and tooled. Because of the characters of the LFC and art casting, some studies are taken on the LFC process of thin-wall casting. The condition of the thin-wall parts foam molding and its technology in molding summed up, which offers some
9、 important data and experience in the LFC-art casting. Keywords: Lost foam casting Art casting EPS foam material Thin-wall part 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 1.1 课题的来源、目的和意义课题的来源、目的和意义 艺术铸造是一项雕塑创作和科学技术相结合的艺术工程，是一项创造美的工 程。自从人类掌握了冶金和铸造技术之后，就有了艺术铸造。 古今中外，艺术铸造一直于人们的生活有着密切的关系，小
10、到生产生活中的农 具工具，大到祭祀宴宾用的精美礼器乐器，都是艺术铸造在生活中的具体体现。 在人们物质精神生活极大丰富的现在，人们在满足于日常生活的需求之外，对 精神生活的要求越来越高，艺术品也越来越进入人们的生活。无论是在街道两旁的 雕塑，还是家庭中的陈设摆件，艺术铸造已经成为人们生活中的一部分。 消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火 涂料并烘干后，埋在干砂中振动造型，在常压或负压下浇注，使模型气化，液体金 属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。具有铸件尺寸形状精确， 表面光洁度高等特点，属于精密铸造的范围。 中国机械工程学会铸造分会消失模委员会是系
11、统介绍和推广消失模铸造技术 的学术机构，成立于 1995 年，挂靠单位为华中科技大学。该委员为成立至今共组 织了七届消失模铸造学术年会，交流论文数百篇。委员会创办的消失模铸造网站 于 2003 年 5 月正式开通，目前入会入网会员超过 200 家。网站的 建设对于推动中国消失模铸造技术的健康发展，加强消失模铸造企业之间的交流与 合作起到了重要的桥梁作用。 2008 年是消失模铸造网站开通 5 周年，将要举行全国第八届消失模铸造年会， 借此机会，消失模委员会打算送给一直支持网站的资深企业会员纪念品，并希望能 够运用消失模技术试图在艺术品领域探索出一条新路。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位
12、 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 1.2 课题的发展、应用与研究概况课题的发展、应用与研究概况 1.2.1 艺术铸造概述艺术铸造概述 中国最早的艺术铸造可追溯到距今 45004000 年的龙山时代，最早的人们在 掌握了青铜的冶炼技术，并将之熟练运用于斧、钺、矛、锄等农具兵器的同时，就 开始了以青铜器为主要原材料的艺术铸造，并为中国的艺术铸造揭开了历史。 中国的艺术铸件，以其不同历史时期各自独特的艺术风格，在世界艺术宝库中 放射着灿烂的光辉1。在数千年历史进程中，创建出为数众多精湛绝伦的艺术铸件 成型技术和装饰技术，为世界金属工艺史留下了宝贵的财富，如图 11、图 1
13、2 所示。 图 11 a 四羊方尊 b 四羊方尊细如毫发的纹饰 图 12 a 曾候乙尊 b 曾侯乙盘 近 100 多年中国艺术铸造业曾一蹶不振，直到 20 世纪 80 年代改革开放以来， 才开始复兴，在继承先辈文化和技术的基础上，又向发达国家学习先进技术，出现 了多项著名的艺术铸造工程，如图 13 和图 14 所示。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 图 13 世纪宝鼎 图 14 千年吉祥钟 国外艺术铸造业发达的国家有英国、日本、美国和俄罗斯等2。美国具有厂家 多、门类全、水平高等三大特点。美国的艺术铸造家于 1987 年 4
14、月召开了第一次 专业会议，该会由 AFS 召集，全美 50 多位代表出席，会议涉及技术及管理问题， 例如，铜合金浇注系统设计、去渣、脱气、提高表面质量问题；制壳工艺，特别是 深凹陷部位的型壳干燥问题；铜合金表面着色，为了掌握及控制着色反应进行的程 度，必须控制反应温度、铜铸件表面必须清洁以及铸件的表面防护；如何加强铸造 工作者与艺术家的协调，铸造师必须与委托的雕塑家沟通了解，获得他们的信任， 让他们和操作人员直接对话；如何建立世界范围的联系网络等等方面。 美国艺术铸造业的另一个特点是，十分重视对铸造技术的传播、培养和训练3。 美国 JAHNSONATELIER 雕塑技术学院是艺术与技术相结合的
15、较好例子。 它是美国 第二大艺术铸造工厂及世界最大的艺术铸造训练中心。它既培养学生又生产艺术铸 件。有铸造技术背景的学生通过学习可获得艺术学位；艺术学院的学生来此学习仍 可拿艺术学院的学分，当然这是经州教育部同意的。业余时间，学生和教师在此可 以做自己的作品，只要付一定成本费用即可；工作时间，则边教学边完成工厂的订 货。 日本的高岗市有许多小作坊，铸造师、艺术家、院校学生在那里创作并铸造成 品。现场的操作可能会引发灵感，创作一些精品。例如有一尊花瓶，表面有色彩不 同而又艺术化分割的两个颜色区，估计系采用不同合金两次浇注，同时使铸型有一 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科
16、 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 定的振动，从而达到预期的表面效果。 在俄罗斯， 铸造与艺术相结合也充分体现在莫斯科耶稣堂的大钟的铸造中。 ZIL 铸造厂于 1997 年铸造完成一组三口大钟：凯旋大钟：30 吨；节日大钟：18 吨；健 康大钟：9. 2 吨。他们成功的关键在于铸造工程师与俄罗斯音乐文化协会及雕塑师 进行了密切友好的合作。钟声学试验室专家们研究了现存的几口好听的钟，进行了 声学测试和数学计算，设计了钟的断面尺寸，同时，声学研究发现钟表面浮雕装饰 过高会影响音质，经过制模、制型，陆续浇了两口较小的大钟，钟的声音及表面质 量达到预期的效果。 目前用于制造艺术铸件的铸造技术大致可以分为泥型铸造、树脂砂铸造、水玻 璃砂造型、石膏型熔模铸造、石膏型负压熔模铸造、陶瓷型铸造、高温硅橡胶离心 铸造、金属型铸造、消失模铸造等4。 1.2.2 消失模技术概况消失模技术概况 干砂负压消失模铸造技术（简称 LFC）
