有色金属材料真空冶金条件下的模具工装设计与验证(附件)【字数：12515】
摘 要摘 要真空冶金是现代工业生产中广泛采用的生产技术，是金属冶炼，尤其是有色金属冶炼的主要冶炼技术。在科学研究过程中，同一个真空冶金设备往往要冶炼各种成分不同的金属，这就使得在冶炼过程中真空炉的炉衬、工装模具产生交叉污染，导致组织、成分的偏差，影响实验结果。为了方便各位老师能够顺利完成科学实验，本课题参考国内外真空设备的设计理论与实践经验，主要是对于本校ZG-25 真空中频感应熔炼炉的炉衬及其工装模具进行设计。中频感应炉炉衬是用于金属熔炼的模具，本课题设计符合本校ZG-25 真空中频感应熔炼炉炉衬尺寸、材料选用及其制备过程。工装模具是用于金属铸造成型的模具，本设计工装模具包括浇铸标准试样、浇口杯、冒口等。浇铸标准试样模具包含3种，分别是普通锭模模具、铝合金标准试样模具、铜合金试样模具。运用anycasting仿真模拟软件，模拟在真空条件下的金属浇铸情况。通过分析其凝固时间、凝固顺序，证实了本次设计模具的合理性和冒口的补缩能力，为本次总体设计提供了佐证。关键词工装模具；标准试样模具；炉衬；仿真模拟
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 有色金属真空冶金的发展、研究现状 1
1.2.1 真空技术的发展以及真空冶金的诞生 1
1.2.2 真空设备与技术的发展 2
1.2.3有色金属的真空冶金 2
1.3真空感应炉的技术参数和加热原理 3
1.3.1真空感应炉的诞生 3
1.3.2真空感应炉的结构和分类 3
1.3.3真空感应熔炼的基本原理 4
1.3.4真空感应加热的特点和应用 7
1.4磨具的背景及研究现状 8
1.4.1炉衬 8
1.4.2工装模具 8
1.5课题研究的内容与意义 10
第二章 炉衬设计 11
2.1无芯感应炉用耐火材料的选择 11
2.2坩埚的尺寸数据计算 12
2.2.1 坩埚的有效容积 13
2.2.2坩埚的实际容量 13
2.2.3坩埚的直径和高度 13
2.2.4耐火层壁厚 15
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2.5 炉底厚度 15
2.2.6炉领设计 16
2.3炉衬制作工艺 16
2.3.1技术要求 16
2.3.2炉衬制作准备 17
2.3.3炉衬打结工艺规程 18
2.3.4烤炉工艺规程 18
2.3.5质量保证与记录 19
2.4炉衬总体工装设计图 19
第三章 浇注系统设计 21
3.1锭模设计 21
3.1.1锭模的使用条件和选材要求 21
3.1.2 钢锭模的尺寸计算 22
3.2冒口设计 26
3.2.1冒口材料选择 26
3.2.2冒口尺寸 26
3.3漏斗设计 29
3.4 浇注部分总体工装设计图 30
3.4.1 锭模浇注系统 30
3.4.2 不同有色金属浇注标准试样及浇冒系统 31
第四章 验证 36
4.1 anycasting仿真模拟 36
4.2仿真模拟后处理分析 37
总结 40
致谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景
有色金属是指铁、锰、铬以外所有金属的统称[1]。与黑色金属相比，有色金属有着更好的综合机械性能，是国民经济发展的基础材料。有许许多多的行业，依靠着有色金属为生产原料，进行着各种各样地机械加工，生产着各式各样产品，如汽车的零件，底盘；又例如电力设施的高压塔等等。然而，虽然我国每年生产的有色金属产量很大，但是产品大都为初加工，缺乏市场竞争力。并且，作为有色金属生产大国，由于企业对于市场调控把握不足，以及相对落后的生产设备和加工工艺的限制，我国的有色金属出现部分能源过剩，部分供给不足的现象。
为了解决有色金属的冶炼问题，国外的冶金技术和设备走在了世界的前列。从20世纪30年代以来，真空冶金技术开始广泛应用在金属冶炼的生产上。与传统冶金相比，真空冶金不仅能提高矿石的综合回收程度，还能节约能源，降低成本，提高企业的经济效益。同时，由于真空冶炼的特殊性，使得真空冶金极少地污染环境。这些与我国的绿色经济、可持续发展观想吻合。
近些年来，国内外在真空冶金领域都付出了无数的汗水，也取得了很多的成就。新时代的冶金行业已经基本成型，各种理论也相继完备。
此课题的研究研究背景是以学校的中频真空感应炉为基础，设计一套为感应炉熔炼，浇注用的模具，以方便学校的师生们正常的科学实验研究的需求。
1.2 有色金属真空冶金的发展、研究现状
1.2.1 真空技术的发展以及真空冶金的诞生
1654年，为了证明大气压的存在，时任德国马德堡市的市长奥托冯格里克(Guerike)，制作出世界上第一台真空泵。与此同时，“马德堡半球实验”也标志着真空时代的来临。后来各种真空泵层出不穷，功能各不相同。直到1643年，E.托里拆利用一米长一段封闭的玻璃管，装满水银，倒立放在水银槽中。测出了一个大气压为760mm水银柱高度。1874年，H.麦克劳(Mcleode)依据理想气体的波义耳定律，制作出压缩真空计，这也被称作麦克劳真空计[2]。麦氏真空计可以方便的测量出真空容器中的真空程度。
鉴于两位科学家的贡献，使得真空泵和真空计的相继出现，这也致使真空技术飞速的发展，并且广泛的渗透到工业部门的各个领域，真空冶金就是其中一个重要分支。
1.2.2 真空设备与技术的发展
在1865年，贝赛麦（Bessemer）为了消除浇注过程中产生的气泡、裂纹等缺陷，把冶炼好的钢水放入真空中进行浇注，但是由于当时对于真空设备和真空技术的认知不足，贝赛麦的设想没能成功。直到73年后，伴随着真空脱气设备的出现，这一设想终于被后人所实现。在真空条件下浇注而成的钢水铸件没有了气孔裂纹，产品质量和成品率大幅度提高，经济效益也随之显著增长。至今，世界有20%的钢材料经过了真空处理，美国有超过一半的钢产量经过了真空处理，而日本半数以上的钢厂装备了真空设备。
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 有色金属真空冶金的发展、研究现状 1
1.2.1 真空技术的发展以及真空冶金的诞生 1
1.2.2 真空设备与技术的发展 2
1.2.3有色金属的真空冶金 2
1.3真空感应炉的技术参数和加热原理 3
1.3.1真空感应炉的诞生 3
1.3.2真空感应炉的结构和分类 3
1.3.3真空感应熔炼的基本原理 4
1.3.4真空感应加热的特点和应用 7
1.4磨具的背景及研究现状 8
1.4.1炉衬 8
1.4.2工装模具 8
1.5课题研究的内容与意义 10
第二章 炉衬设计 11
2.1无芯感应炉用耐火材料的选择 11
2.2坩埚的尺寸数据计算 12
2.2.1 坩埚的有效容积 13
2.2.2坩埚的实际容量 13
2.2.3坩埚的直径和高度 13
2.2.4耐火层壁厚 15
2. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2.5 炉底厚度 15
2.2.6炉领设计 16
2.3炉衬制作工艺 16
2.3.1技术要求 16
2.3.2炉衬制作准备 17
2.3.3炉衬打结工艺规程 18
2.3.4烤炉工艺规程 18
2.3.5质量保证与记录 19
2.4炉衬总体工装设计图 19
第三章 浇注系统设计 21
3.1锭模设计 21
3.1.1锭模的使用条件和选材要求 21
3.1.2 钢锭模的尺寸计算 22
3.2冒口设计 26
3.2.1冒口材料选择 26
3.2.2冒口尺寸 26
3.3漏斗设计 29
3.4 浇注部分总体工装设计图 30
3.4.1 锭模浇注系统 30
3.4.2 不同有色金属浇注标准试样及浇冒系统 31
第四章 验证 36
4.1 anycasting仿真模拟 36
4.2仿真模拟后处理分析 37
总结 40
致谢 41
参考文献 42
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景
有色金属是指铁、锰、铬以外所有金属的统称[1]。与黑色金属相比，有色金属有着更好的综合机械性能，是国民经济发展的基础材料。有许许多多的行业，依靠着有色金属为生产原料，进行着各种各样地机械加工，生产着各式各样产品，如汽车的零件，底盘；又例如电力设施的高压塔等等。然而，虽然我国每年生产的有色金属产量很大，但是产品大都为初加工，缺乏市场竞争力。并且，作为有色金属生产大国，由于企业对于市场调控把握不足，以及相对落后的生产设备和加工工艺的限制，我国的有色金属出现部分能源过剩，部分供给不足的现象。
为了解决有色金属的冶炼问题，国外的冶金技术和设备走在了世界的前列。从20世纪30年代以来，真空冶金技术开始广泛应用在金属冶炼的生产上。与传统冶金相比，真空冶金不仅能提高矿石的综合回收程度，还能节约能源，降低成本，提高企业的经济效益。同时，由于真空冶炼的特殊性，使得真空冶金极少地污染环境。这些与我国的绿色经济、可持续发展观想吻合。
近些年来，国内外在真空冶金领域都付出了无数的汗水，也取得了很多的成就。新时代的冶金行业已经基本成型，各种理论也相继完备。
此课题的研究研究背景是以学校的中频真空感应炉为基础，设计一套为感应炉熔炼，浇注用的模具，以方便学校的师生们正常的科学实验研究的需求。
1.2 有色金属真空冶金的发展、研究现状
1.2.1 真空技术的发展以及真空冶金的诞生
1654年，为了证明大气压的存在，时任德国马德堡市的市长奥托冯格里克(Guerike)，制作出世界上第一台真空泵。与此同时，“马德堡半球实验”也标志着真空时代的来临。后来各种真空泵层出不穷，功能各不相同。直到1643年，E.托里拆利用一米长一段封闭的玻璃管，装满水银，倒立放在水银槽中。测出了一个大气压为760mm水银柱高度。1874年，H.麦克劳(Mcleode)依据理想气体的波义耳定律，制作出压缩真空计，这也被称作麦克劳真空计[2]。麦氏真空计可以方便的测量出真空容器中的真空程度。
鉴于两位科学家的贡献，使得真空泵和真空计的相继出现，这也致使真空技术飞速的发展，并且广泛的渗透到工业部门的各个领域，真空冶金就是其中一个重要分支。
1.2.2 真空设备与技术的发展
在1865年，贝赛麦（Bessemer）为了消除浇注过程中产生的气泡、裂纹等缺陷，把冶炼好的钢水放入真空中进行浇注，但是由于当时对于真空设备和真空技术的认知不足，贝赛麦的设想没能成功。直到73年后，伴随着真空脱气设备的出现，这一设想终于被后人所实现。在真空条件下浇注而成的钢水铸件没有了气孔裂纹，产品质量和成品率大幅度提高，经济效益也随之显著增长。至今，世界有20%的钢材料经过了真空处理，美国有超过一半的钢产量经过了真空处理，而日本半数以上的钢厂装备了真空设备。
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