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纯铜电极熔模铸造数值模拟及工艺研究

作　者: 张广华
导　师: 郭广思
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 纯铜熔模铸造压型制作数值模拟生产验证
分类号: TG249.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 40次
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内容摘要

工业纯铜(紫铜,电解铜),强度低,化学稳定性高,导热性及导电性能较好,是良好的导电材料[1]。机械加工生产纯铜件对加工件性能基本无影响,并且加工工艺相对简单,但机械加工成本高,周期长。本课题就如何利用生产成本低、周期短而工艺复杂的熔模铸造方法,生产出与机械加工同样性能的纯铜件进行研究,这也正是本文的创新之处。本课题研究的铸件为导电纯铜电极。该铸件结构简单但壁厚差别明显,对导电性要求较高,铸造过程中极易产生气孔、氧化等现象影响铸件的导电性,铸造生产难度较大。解决此问题所做的研究主要包括:(1)通过熔模铸造的方法,实验对比几种常用脱氧剂的脱氧效果,确定最佳脱氧剂;(2)确定压型分型面、压型材料与工艺参数,设计压型及五种浇注系统,最终成功生产压型与蜡模;(3)利用PRO-CAST对五种浇注系统进行模拟,对比分析五种浇注系统的凝固过程与缺陷结果,确定最佳工艺方案和最优工艺参数;(4)利用蜡模组模完成五种模组,最终完成型壳的生产。然后,采用熔模铸造的方法,选择几种工艺方案进行浇注,验证数值模拟的正确性。并就铸件进行性能测试,与机加工件的性能进行对比。采用优化后的铸造工艺参数进行生产实验后,生产得到的纯铜电极的导电性、含氧量、拉伸强度等性能均满足性能要求,具有与机械加工件同样的优良性能。最终,缩短了纯铜电极的生产周期,降低了生产成本,表明了课题的正确性和科学性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-19
  1.1 课题背景及分析  12-13
  1.2 熔模精密铸造的概述  13-15
    1.2.1 熔模精密铸造的原理及工艺过程  13-14
    1.2.2 熔模铸造的特点  14-15
  1.3 国内外熔模铸造研究现状  15-16
  1.4 熔模铸造的发展趋势  16-17
  1.5 课题的主要研究内容  17-19
第2章纯铜脱氧剂的选择  19-30
  2.1 脱氧剂的脱氧机理  19-22
    2.1.1 碳化硅的性能及脱氧分析  19-21
    2.1.2 硅钙合金的性能及脱氧分析  21
    2.1.3 硼化钙的性能及脱氧分析  21-22
  2.2 脱氧实验  22-25
    2.2.1 实验条件  22-23
    2.2.2 浇注实验  23-25
  2.3 最优脱氧剂的确定  25-28
    2.3.1 试样性能的测定  25-28
    2.3.2 脱氧剂的确定  28
  2.4 本章小结  28-30
第3章纯铜电极熔模铸造工艺设计  30-54
  3.1 分型面的选择  30-32
    3.1.1 铸件结构分析  30-31
    3.1.2 分型面的确定  31
    3.1.3 压型材料的选择  31-32
  3.2 工艺参数选择  32-33
    3.2.1 拔模斜度的选择  32
    3.2.2 铸造收缩率的确定  32-33
  3.3 浇注系统的设计  33-38
    3.3.1 直浇道﹑内浇道的计算  33-36
    3.3.2 冒口的设计计算  36-38
    3.3.3 出气孔的设计  38
  3.4 工艺方案的确定  38-42
  3.5 压型设计  42-51
  3.6 压型及蜡模的制造  51-53
    3.6.1 压型的制造  51-52
    3.6.2 蜡模的生产  52-53
  3.7 本章小结  53-54
第4章纯铜铸件熔模铸造过程数值模拟  54-78
  4.1 ProCAST 软件介绍  54-56
    4.1.1 ProCAST 特点  54
    4.1.2 ProCAST 软件基本模块  54-55
    4.1.3 ProCAST 软件结构及模拟流程  55-56
  4.2 ProCAST 数学模型  56-57
    4.2.1 充型过程数学模型  56
    4.2.2 凝固过程数学模型  56
    4.2.3 缩孔、缩松缺陷的预测  56-57
  4.3 ProCAST 模拟前处理  57
    4.3.1 纯铜电极三维实体模拟数据转化  57
    4.3.2 纯铜电极的网格划分  57
    4.3.3 初始条件和边界条件设定  57
  4.4 铸造过程数值模拟  57-77
    4.4.1 方案一  57-62
    4.4.2 方案二  62-65
    4.4.3 方案三  65-70
    4.4.4 方案四  70-74
    4.4.5 方案五  74-77
  4.5 本章小结  77-78
第5章纯铜电极熔模铸造实验验证  78-84
  5.1 熔模铸造生产实验  78-82
    5.1.1 制造蜡模  78-79
    5.1.2 型壳的制造  79-81
    5.1.3 电极的生产  81-82
  5.2 铸件质量分析  82-83
  5.3 本章小结  83-84
结论  84-86
参考文献  86-90
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  90-91
致谢  91-92

纯铜电极熔模铸造数值模拟及工艺研究

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