Что такое центробежное литье
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Что такое центробежное литье

Оборудование для центробежного литья

Что такое центробежное литье

Металлические формы для центробежного литья называют кокилями, или изложницами. Центробежный способ применяют также для заливки в разовые формы титановых, бронзовых, чугунных, стальных и других сплавов.

При данном способе литья сплав заливают в подогретую вращающуюся форму (рис. 1). Он начинает вращаться под действием центробежных сил и затвердевает. Еще горячую отливку извлекают из формы, форму охлаждают до оптимальной температуры (200. . .300 °С), на ее рабочую поверхность наносят теплоизоляционное покрытие, и процесс повторяется.

Рис. 1. Схемы центробежного литья

Возможны три схемы центробежного литья. При любой схеме ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной или наклонной.

Наиболее широко распространена схема I. По ней получают полые цилиндрические отливки без стержней. Машины с горизонтальной осью вращения (рис. 1, а) применяют для отливки длинных тел вращения: длина в 3 раза больше, чем диаметр. Свободная поверхность отливки представляет собой цилиндр. Свободной поверхностью отливки называется поверхность, которая не контактирует со стенками литейной формы, а только с воздухом.

На машинах с вертикальной осью вращения (рис. 1, б) получают короткие тела вращения из-за разностенности по высоте отливки. Свободная поверхность — параболоид. Разностенность тем больше, чем выше отливка.

Схемы II и III, при реализации которых нет свободной поверхности, применяют реже, в них центробежные силы используют для повышения плотности отливок или улучшения заполнения тонкостенных отливок.

Центробежный способ литья по схеме I позволяет использовать вместо антипригарных красок для покрытия стенок формы сыпучие сухие без связующих огнеупорные теплоизоляционные покрытия форм. Поэтому перед заливкой во вращающуюся форму вводят песок, который центробежными силами распределяется по рабочей поверхности равномерным слоем.

Скорость вращения формы выбирают из условий получения отливки правильной геометрической формы и создания центробежных сил, необходимых для оптимального процесса затвердевания отливки. Наименьшим будет число оборотов, при котором нет дождевания — отрыва капель металла от потока и их падения, т. е. центробежная сила на свободной поверхности несколько больше силы тяжести.

Рис. 2. Схема получения чугунной трубы центробежным способом: а — исходное положение; б — заливка чугуна; в — окончание заливки; г — извлечение отливки и возвращение машины в исходное положение.

На рис. 2 показан процесс отливки труб. В исходном положении (рис. 2, а) заливочный лоток 4 введен в самую дальнюю часть изложницы 2, которая установлена на роликах внутри защитного кожуха 3 и приводится во вращение от привода 1. После того как металл из раздаточного ковша 5 по лотку 4 заполнит самую низко расположенную часть изложницы 2 (рис. 2, б), она с помощью тележки вместе с приводом смещается влево и металл попадает в другую ее часть. Так продолжается до полного заполнения (рис. 2, в, г).

Центробежным способом изготовляют крупные отливки из легированных сталей для прокатки труб, втулки и венцы из антифрикционных сплавов, мелющие тела из белого чугуна, гильзы (автомобильных и тракторных двигателей) из легированного чугуна, напорные и сливные чугунные трубы, гребные винты (по схеме II, рис. 1), детали из жаропрочных и титановых сплавов.

Рис. 3. Вертикальная машина центробежного литья ЦБМ-05

1. Вертикальные машины центробежного литья

Вертикальная машина центробежного литья ЦБМ-05 (рис. 3) снабжена механизмом погашения вибраций и имеет плавное регулирование частоты вращения кокиля с 350 до 1500 мин -1 . Размеры выплавляемых изделий: наружный диаметр от 80 до 500 мм, внутренний — от 50 до 450 мм, высота отливки до 400 мм

2. Горизонтальные машины центробежного литья

Машина центробежного литья МЦВР (рис. 4) предназначена для отливки чугунных роликов прокатных станов. Имеет горизонтальную ось вращения. Для заливки расплавленный металл подвозится от печи на тележке 19 в разливочных ковшах 1 и заливается в ковш объемного дозирования 3, работой которого руководит оператор, находящийся в защитной кабине 2 Из ковша объемного дозирования через заливочное устройство 4 металл подается в чугунный кокиль 12, находящийся в изложнице 7. Кокиль вместе с изложницей вращаются со скоростью до 1000 мин -1 с помощью приводного устройства 9 Для свободного извлечения отливки из кокиля после ее остывания служат передняя 10 и задняя 15 крышки, защищаемые от воздействия расплавленного чугуна графитно-шамотными вставками 11 и 14

Рис. 4. Машина центробежного литья МЦВР: 1 — ковш (барабанный) разливочный; 2 — кабина заливщика; 3 — ковш объемного дозирования; 4 — заливочное устройство; 5 — неподвижная опора; 6 — защитный кожух; 7 — изложница; 8 — подвижная опора; 9 — приводное устройство; 10 — крышка передняя; 11, 14 — графитно-шамотные вставки; 12 — кокиль чугунный; 13 — изложница стальная; 15 — крышка задняя; 16 — блок подготовки воздуха; 17 — механизм перемещения приводного устройства; 18 — станина; 19 — тележка

На машине можно отлить детали диаметром от 230 до 960 мм и длиной до 1200 мм. Если отливается деталь типа втулки, то отверстие должно быть не менее 90 мм.

Отсутствие наклона оси кокиля в вертикальной плоскости обусловлено тем, что на машине отливают относительно короткие заготовки. При увеличении отношения длины заготовки к ее диаметру станину машины центробежного литья делают наклонной с регулируемым углом наклона изложницы от 4 до 90°.

Рис. 5. Двухроторная машина для центробежного литья модели 4986

Кроме однопозиционных машин, выпускаются двухпозиционные и многопозиционные (карусельные) машины (см. рис. 1, б, схема III). На рис. 5 показана двухроторная машина для центробежного литья модели 4986. Она предназначена для производства мелющих шаров из чугуна и колец подшипников из стали. Имеет горизонтальную ось вращения кокилей.

Машина действует в полуавтоматическом режиме с ручной заливкой жидкого металла После разогрева кокилей газовыми горелками она работает в следующем цикле:

  • обе половинки кокиля окрашивают специальной теплоизоляционной краской, покрытие просушивают;
  • половинки кокиля смыкаются;
  • заливочный лоток вводится внутрь кокиля, металл заливается строго дозированной порцией;
  • лоток выводится из кокиля, а кокиль продолжает вращение до полного затвердевания отливок;
  • вращение центрифуги прекращается, отводится передняя половинка кокиля и извлекается куст отливок;
  • половинки кокиля очищаются от засоров и окрашиваются.

Затем цикл повторяется.

Машина оборудована пневматической системой выталкивания отливки из изложницы в приемный лоток, трехступенчатой клиноременной передачей привода вращения изложницы, механизмом подвода и отвода приемного лотка, водяным охлаждением корпуса изложницы.

Что такое центробежное литье

3.4 Центробежное литье

Центробежное литьё – перспективный способ производства фасонных изделий с формой тел вращения преимущественно при крупносерийном их изготовлении. Этим способом литья получают водопроводные и канализационные трубы, заготовки гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, облицовки судовых валов, корпуса сушильных цилиндров бумагоделательных машин, труба для энергетического машиностроения и другие изделия ответственного назначения.

Центробежное литьё по сравнению с литьём в разовые формы имеет следующие преимущества. Производительность труда при работе на центробежной машине увеличивается в несколько раз, отпадает потребность в площадях для формовки, смесях, связующих материалах для стержней, а также в оборудовании для сушки форм и стержней.

Процесс центробежного литья может быть полностью механизирован или автоматизирован, что уменьшает потери от брака и сокращает потребность в высококвалифицированной рабочей силе.

Центробежные отливки отличаются повышенными механическими свойствами литого металла. При этом значительные технико-экономические преимущества центробежного литья достигаются вследствие экономии металла, энергоносителей и продолжительности производственного цикла.

Однако, центробежное литьё имеет и недостатки: необходимы специальные машины; формы должны быть повышенной прочности и герметичности, необходимо строгое дозирование металла для получения нужного размера внутреннего отверстия отливки; усиливается ликвация компонентов сплавов по плотности. Сама отливка может иметь только форму тела вращения.

Особенность центробежного литья состоит в том, что металл заливают во вращающуюся форму, чаще всего металлическую. При заливке и кристаллизации металл испытывает действие центробежных сил.

Ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной, наклонной или перемещающейся в пространстве в процессе получения отливки.

Металл, свободно заливаемый во вращающуюся вокруг горизонтальной оси форму, растекается по ней под действием кинетической энергии струи и вовлекается во вращательное движение за счёт сил трения металла о форму. Однако, такая скорость частиц металла при его вращении вокруг горизонтальной оси не может быть постоянной из-за пульсации результирующей силы в течение оборота формы, так как она складывается из постоянной по величине и направлению силы тяжести и постоянной по величине, но меняющейся по направлению центробежной силы. Это приводит к тому, что свободная поверхность металла, залитого в форму, смещается к низу от оси вращения (рис. 3.10).

Читать еще:  Что тяжелее алюминий или титан

Рисунок 3.10 – Гидростатические силы, действующие на металл при вращении формы относительно горизонтальной оси: 1-расплав; 2-форма; Fр – равнодействующая сил центробежной (Fц) и тяжести (Fg)

В длинных формах кинетической энергии струи заливаемого металла недостаточно для равномерного растекания его вдоль формы, поэтому ось вращения таких форм делают наклонной, либо перемещают заливочный желоб вдоль формы во время заливки расплава, либо передвигают форму вдоль неподвижного желоба. Частота вращения формы при центробежном литье – один из основных технологических параметров, определяющих качество отливки. От частоты вращения формы зависят плотность отливки, ее механическая прочность, однородность состава по радиальному сечению, степень удаления шлаковых включений от наружной поверхности отливки к внутренней и правильность формы свободной поверхности отливки.

Определение скорости вращения формы является одним из основных вопросов при разработке технологии литья и конструировании центробежных машин. Чрезмерное увеличение частоты вращения нежелательно из-за возможности образования в отливках продольных трещин на наружной поверхности и повышенной ликвации элементов сплава.

Кроме того, машины с большой частотой вращения конструктивно более сложны, менее удобны и менее безопасны в работе. Поэтому, при технологической разработке процесса и конструирования машин выбирают не наибольшую, а наименьшую частоту вращения, которая обеспечивала бы надлежащее качество отливок. Нижний предел частоты вращения при литье полых заготовок с горизонтальной осью вращения определяется следующим условием: заливаемый металл во время первого оборота вокруг оси должен получить ускорение, превышающее g. Невыполнение этого условия приводит к «дождеванию» металла при заливке в форму. Наиболее известным способом расчёта скорости вращения формы является расчёт по коэффициенту гравитации.

Коэффициентом гравитации центробежного литья называют число, которое показывает, во сколько раз центробежная сила, действующая на заливаемый металл, больше силы тяжести. При расчётах необходимо различать заливку в форму с горизонтальной и вертикальной осями вращения.

При расчёте скорости вращения формы с горизонтальной осью вращения по коэффициенту гравитации учитывают, что на частицы расплава действует центробежная сила и сила тяжести.

Коэффициент гравитации К зависит от вида формы и заливаемого сплава. Для песчаной формы с горизонтальной осью вращения принимают К=75, для металлической формы К=80, для сплавов с узким интервалом затвердевания К=90…100.

При вертикальной оси вращения свободно заливаемый в форму металл постепенно увлекается ею во вращательное движение. Через некоторое время угловые скорости вращения отдельных слоев металла и самой формы выравниваются, и жидкость приходит в состояние относительного покоя. Пульсации результирующей силы за период оборота формы в этом случае не происходит, так как направление центробежной силы при вращении относительно вертикальной оси не изменяется.

Температура нагрева изложницы перед заливкой металлом, футеровка изложницы и способ заливки металла в форму оказывают влияние на формирование центробежных отливок и их качество. Предварительный подогрев изложницы снижает тепловой удар при заливке металла, способствует лучшему распределению металла по диаметру и длине, повышению качества наружной поверхности отливок и снижению брака по отбелу при литье чугуна.

Огнеупорное покрытие уменьшает скорость и степень нагрева изложниц при заливке их металлом, а также снижает скорость охлаждения отливок, что предотвращает образование трещин при литье стали и отбела при литье чугуна.

Для форм наиболее распространены огнеупорные покрытия из сыпучих материалов (обычно из сухого кварцевого песка). Благодаря большой частоте вращения изложницы такое покрытие наносится ровным слоем на ее стенку, удерживается на ней и не размывается струей горячего металла. Но значительный пригар песка и формирование некачественной наружной поверхности отливок обусловливает необходимость разработки более технологичных огнеупорных покрытий.

Перспективно использовать в этих целях жидкие огнеупорные покрытия на основе диатомита, например, огнеупорную краску, содержащую, % (мас. доля): диатомита термообработанного 55-70; бентонита 1,0-2,5; коллоидального раствора золя кремниевой кислоты с содержанием 20% Si02 3,0-9,0; воды (до плотности краски 1200-1400 кг/м 3 ) – остальное, так как это обеспечивает получение качественных однослойных и биметаллических отливок из чугуна и стали.

Скорость заливки металла влияет на качество наружной поверхности отливки и заполнения формы и зависит от критической скорости вращения формы. Подачу металла в начале заливки рекомендуется ускорить, чтобы металл быстрее распределился по всей поверхности формы. В этом случае неслитины и спаи на поверхности отливки не образуются. В дальнейшем скорость наращивания толщины слоя снижают в целях создания благоприятных условий для направленного затвердевания, уменьшения гидравлического давления на затвердевшую оболочку и вероятности развития ликвации и т.д. Регулирование скорости заливки удобнее выполнять при заливке металла через носок ковша и гораздо сложнее – через стопор или чашу с отверстием.

При разработке технологического процесса центробежного литья необходимо учитывать плотности первично выпадающих фаз в интервале кристаллизации и остающегося маточного раствора. В тех случаях, когда плотность первично выпадающей фазы меньше плотности жидкости, необходимо обеспечить минимальные скорость литья, температуру металла и формы для обеспечения направленной кристаллизации.

Водопроводные и канализационные трубы из серого чугуна являются одним из наиболее массовых видов продукции, изготовляемых центробежным литьем. Для труб характерны большая длина и сравнительно малая толщина стенки. Канализационные трубы изготовляют длиной 2 м и диаметром 50 -150 мм при толщине стенок 4-5 м; водопроводные трубы – длиной 2 – 5 м, диаметром 50-1000 мм и толщиной стенок 7,5 – 30 мм. Литые трубы не обрабатывают резанием. В технических условиях на их приемку регламентируют массу труб, их разностенность (продольная и радиальная). Для водопроводных труб, кроме того, обязательным является испытание на герметичность. Из механических свойств определяют твердость (по Брюнеллю) и так называемый модуль кольцевой прочности R.

Центробежное литьё напорных труб обеспечивает их плотную структуру и отсутствие разностенности. Этот способ литья максимально экономичен, поскольку для образования внутренней поверхности не используются стержни, а массовое производство продукции оправдывает применение дорогих машин и установок. Как правило, водопроводные и канализационные трубы получают в металлических, интенсивно охлаждаемых подвижных формах.

Недостатки процесса – значительная стоимость металлических форм при малой их стойкости, образования в отливках поверхностного отбела и больших внутренних напряжений, что заставляет подвергать трубы высокотемпературному отжигу, что удорожает стоимость продукции.

В табл. 3.2 приведены составы чугунов для центробежного литья труб; а в табл. 3.3 – характеристики напорных труб при различных способах производства (ГОСТ 9583-75), свидетельствующие о преимуществах центробежного литья по сравнению с другими методами.

Перспективным является применение для напорных труб чугуна с шаровидным графитом (высокопрочного). Повышенная прочность и пластичность этого чугуна, хорошая свариваемость открывают возможность экономить металл за счёт уменьшения толщины стенок труб и сохранения высокой коррозионной стойкости по сравнению со стальными трубопроводами.

Таблица З.2 – Составы чугунов для труб, отливаемых центробежным способом

Таблица 3.3 – Характеристики чугунных напорных труб

Центробежное литье. Суть способа. Основные операции и область использования

Принцип центробежного литья заключается в том, что заполнение фор-мы расплавом и формирование отливки происходят при вращении формы вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси, либо при ее вращении по сложной траектории. Этим достигается дополнительное воздействие на расплав и затвердевающую отливку поля центробежных сил. Процесс реализуется на специальных центробежных машинах и столах.

Чаше используют два варианта способа, в которых расплав заливается в форму с горизонтальной или вертикальной осью вращения. В первом варианте получают отливки – тела вращения малой и большой протяженности, во втором – тела вращения малой протяженности и фасонные отливки.

Наиболее распространенным является способ литья пустотелых цилиндрических отливок в металлические формы с горизонтальной осью вращения. По этому способу (рисунок 6.1) отливка 4 формируется в поле центробежных сил со свободной цилиндрической поверхностью, а формообразующей поверхностью служит внутренняя поверхность изложницы. Расплав 1 из ковша 3 заливают во вращающуюся форму 5 через заливочный желоб 2. Расплав растекается по внутренней поверхности формы, образуя под действием поля центробежных сил пустотелый цилиндр. После затвердевания металла и остановки формы отливку 4 извлекают. Данный способ характеризуется наиболее высоким технологическим выходом годного (ТВГ = 100%), так как отсутствует расход металла на литниковую систему.

Читать еще:  Как разрезать трубу пополам

Рисунок 6.1 – Схема получения отливки при вращении формы вокруг горизонтальной оси: 1 – расплав; 2 – заливочный желоб; 3 – ковш; 4 – отливка; 5 – форма

При получении отливок со свободной параболической поверхностью при вращении формы вокруг вертикальной оси (рисунок 6.2) расплав из ковша 1 заливают в форму 2, закрепленную на шпинделе 3, приводимом во вращение электродвигателем 4. Расплав 5 под действием центробежных и гравитационных сил распределяется по стенкам формы и затвердевает, после чего вращение формы прекращают и извлекают из нее затвердевшую отливку 6.

Рисунок 6.2 – Схема получения отливок при вращении формы вокруг вертикальной оси: 1 – ковш; 2 – форма; 3 – шпиндель; 4 – электродвигатель; 5 – расплав; 6 – отливка

Отливки с внутренней поверхностью сложной конфигурации получают с использованием стержней (рисунок 6.3, а) в формах с вертикальной осью вращения. Так отливают, например, венцы зубчатых колес. Расплав из ковша через заливочное отверстие и стояк 1 поступает в центральную полость формы 2, выполненную стержнями 3 и 4, а затем под действием центробежных сил через щелевые питатели – в рабочую полость формы. При этом избыток металла в центральной полости формы 5 выполняет роль прибыли, обеспечивая питание отливки при затвердевании.

Мелкие фасонные отливки можно получать центробежным литьем в песчаные формы (рисунок 6.3, б). Части формы 1 и 2 устанавливают на центробежный стол и крепят на нем. При необходимости используют стержни 4. Рабочие полости 3 должны располагаться симметрично относительно оси вращения для обеспечения балансировки формы. Расплав заливают через центральный стояк, из которого по радиальным каналам он попадает в полости формы. Технологический выход годного при таком способе литья приближается к выходу годного при литье в песчаные формы. При центробежном литье можно использовать песчаные, металлические, оболочковые и объемные керамические, а также комбинированные формы.

Рисунок 6.3 – Схема получения фасонных отливок: а – венец шестерни: 1 – стояк; 2 – центральная полость формы; 3 и 4 – стержни; 5 – прибыль; б – мелкие фасонные отливки: 1 – нижняя полуформа; 2 – верхняя полуформа; 3 – рабочая поверхность формы; 4 – стержень

Особенности формирования отливки

Главная особенность формирования отливок при центробежном способе литья заключается в том, что заполнение формы металлом и затвердевание отливки происходят в поле действия центробежных сил, во много раз превосходящих силу тяжести.

В этих условиях если твердые частицы соприкасаются со стенкой формы, они оказываются прижатыми к стенке и уже не всплывают. На этом основано использование сыпучих покрытий для металлических форм при центробежном литье.

Действие центробежных сил необходимо учитывать и при конструировании систем шлакозадержания и питания отливки, например, при получении стальных фасонных отливок центробежной заливкой в песчаные формы.

Особенности охлаждения и затвердевания отливок в поле центробежных сил

При изготовлении отливок со свободной поверхностью расплав охлаждается в изложнице неравномерно по объему. Часть теплоты отводится от расплава через стенку изложницы и ее крышку, а часть – конвекцией и излучением со стороны свободной поверхности. Количество теплоты, отводимое в воздушное пространство от свободной поверхности отливки, значительно. Воздух, находящийся в полости отливки, вовлечен в процесс вращения и находится в постоянном движении. Вдоль оси вращения на смену нагретому воздуху поступают порции холодного. Более интенсивная циркуляция воздуха наблюдается в случае вращения формы с расплавом вокруг вертикальной оси вследствие естественного подъема горячего воздуха вверх.

Подобная неравномерность охлаждения, особенно толстостенных отливок, приводит к возникновению конвективных потоков в расплаве: охлажденный и более плотный расплав перемещается от свободной поверхности внутрь затвердевающей отливки, а горячий и менее плотный – наружу. Поэтому конвективные потоки в расплаве циркулируют в радиальном направлении (рисунок 6.4, а). В условиях центробежного литья это явление наблюдается даже при небольшом различии температур и плотностей металла, так как действующие в этой системе силы возрастают пропорционально величине гравитационного коэффициента. Это способствует направленному затвердеванию отливки в радиальном направлении, которое выражено тем сильнее, чем больше угловая скорость вращения формы.

При направленном затвердевании от стенок изложницы фронт растущих в радиальном направлении кристаллов находится под значительным избыточным давлением расплава, обусловленным действием поля центробежных сил. Вследствие этого кристаллы растут в направлении поступающего расплава (рисунок 6.4, б), поэтому они несколько наклонены в сторону по направлению вращения. Давление, развиваемое при вращении расплава, способствует прониканию его в межкристаллитные пространства, что улучшает питание затвердевающей отливки и увеличивает ее плотность. Свободная поверхность расплава затвердевает в последнюю очередь и при горизонтальной оси его вращения форма свободной поверхности остается геометрически правильной – цилиндрической.

Рисунок 6.4 – Схема возникновения конвективных потоков (показаны фигурными стрелками) во вращающемся затвердевающем расплаве (а) и схема кристаллического строения отливки (б): l – глубина расположения усадочной пористости; стрелкой показано направление вращения изложницы.

Инородные частицы (газы, шлак и т.д.), плотность которых меньше плотности расплава, при центробежном литье с большой скоростью всплывают на свободную поверхность расплава. Это приводит к необходимости назначать большие припуски на обработку свободных поверхностей отливок, что является недостатком данного способа литья.

Таким образом, при направленном затвердевании можно получить отливки с плотным строением тела, без усадочных дефектов и инородных включений. Однако центробежные силы способствуют направленному затвердеванию только в тех случаях, если выделяющиеся на свободной поверхности кристаллы твердой фазы имеют большую плотность, чем плотность остального расплава.

Для большинства литейных сплавов это условие соблюдается. Исключение составляют два случая:

  • когда сплав затвердевает с увеличением объема, например, серый чугун;
  • когда выделяющиеся из жидкого металла кристаллы обогащены компонентами сплава, имеющими меньшую плотность, чем оставшийся расплав. Такое явление наблюдается, например, при затвердевании заэвтектических силуминов. В этом случае при содержании кремния в силуминах более 11,7 %, первичные кристаллы обогащены кремнием, плотность которого меньше плотности алюминия. Если эти более легкие кристаллы зародились и выросли на свободной поверхности, то они там и останутся. Если кристаллы зародились в переохлажденном расплаве, за счет разности плотностей расплава и твердой фазы они всплывают. В результате отливка затвердевает от стенок изложницы и со стороны свободной поверхности, и к концу затвердевания вследствие недостатка питания внутри отливки образуются усадочные поры. В этом случае, чем быстрее вращается форма, тем интенсивнее выносятся кристаллы на свободную поверхность и тем глубже располагается усадочная пористость.

Усадочная пористость под свободной поверхностью наблюдается также при изготовлении толстостенных отливок (рисунок 6.4, б). В тонкостенных отливках большой протяженности глубина расположения зоны усадочной пористости l меньше. Это объясняется соотношением скоростей охлаждения со стороны наружной и внутренней поверхностей отливки. Чем меньше скорость охлаждения внутренней поверхности отливки и больше скорость охлаждения ее со стороны наружной поверхности – тем меньше глубина l.

Скоростью охлаждения отливки можно управлять. Так, с наружной стороны это достигается путем изменения толщины слоя или теплофизических свойств огнеупорного покрытия, изменением скорости охлаждения формы. Со стороны внутренней поверхности с этой целью можно использовать сыпучие огнеупорные материалы или экзотермические смеси.

Таким образом, особенности формирования обливки при центробежном литье сопряжены как с большими преимуществами, так и с недостатками. К преимуществами этого способа можно отнести: возможность улучшения заполняемости форм расплавом под действием давления, развиваемого центробежными силами; повышение плотности отливок вследствие уменьшения количества усадочных пор, раковин, газовых, шлаковых и неметаллических включений; уменьшение расхода металла и повышение выхода годного, благодаря отсутствию литниковой системы при изготовлении отливок типа труб, колец, втулок или уменьшению массы литников при изготовлений фасонных отливок; исключение затрат на стержни при изготовлении отливок типа втулок и труб.

Недостатками способа являются: трудности получения отливок из сплавов, склонных к ликвации; загрязнение свободной поверхности отливок неметаллическими включениями; неточность размеров и необходимость повышенных припусков на обработку свободных поверхностей отливок, вызванная скоплением неметаллических включений в материале отливки вблизи этой поверхности и отклонениями точности дозы расплава, заливаемого в форму.

Читать еще:  Какой сплав называется сталью

Наивысшие технико-экономические показатели центробежного способа литья достигаются при получении пустотелых цилиндрических отливок с различными размерами и массой (длиной до нескольких метров и массой до нескольких тонн): труб разного назначения из чугуна, стали, цветных и специальных сплавов; втулок и гильз для стационарных и транспортных дизелей; колец подшипников качения и др. Большое распространение получило центробежное литье для изготовления биметаллических изделий, изделий из сплавов с низкой жидкотекучестью и высоким поверхностным натяжением, при необходимости получения тонкостенных отливок со сложной геометрией и микрорельефом поверхности. К ним относятся, например, турбинные диски с лопатками, отливки художественного и ювелирного назначения.

Материаловед

6. Центробежное литье

Центробежное литье – это способ формирования отливок под действием центробежных сил при свободной заливке металла во вращающиеся формы. Центробежным способом получают отливки из чугуна, стали, сплавов на основе меди, алюминия, цинка, магния, титана и др.

Формирование отливки осуществляется под действием центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок.

Центробежное литье осуществляют на центробежных машинах с горизонтальной и вертикальной осями вращения в металлических, песчаных, оболочковых формах и формах для литья по выплавляемым моделям.

Центробежным литьем изготавливают отливки из чугуна, стали, сплавов титана, алюминия, магния и цинка (трубы, втулки, кольца, подшипники качения, бандажи железнодорожных и трамвайных вагонов).

Масса отливок – от нескольких килограммов до 45 тонн. Толщина стенок от нескольких миллиметров до 350 мм. Центробежным литьем можно получить тонкостенные отливки из сплавов с низкой текучестью, что невозможно сделать при других способах литья.

Металлические формы изложницы изготовляют из чугуна и стали. Толщина изложницы в 1,5…2 раза больше толщины отливки. В процессе литья изложницы снаружи охлаждают водой или воздухом.

На рабочую поверхность изложницы наносят теплозащитные покрытия для увеличения срока их службы. Перед работой изложницы нагревают до 200 ºC.

При получении отливок типа тел вращения большой длины (трубы, втулки) на машинах с горизонтальной осью (рис. 6.1) вращения изложницу 1 устанавливают на опорные ролики и закрывают кожухом 2. Изложница приводится в движение электродвигателем. Расплавленный металл из ковша 4 заливают через желоб 3, который в процессе заливки металла перемещается, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Для образования раструба трубы используют песчаный или оболочковый стержень. После затвердевания металла готовую отливку извлекают специальным приспособлением 6.

При получении отливок на машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси (рис. 6.2) металл из ковша 4 заливают во вращающуюся форму 1, укрепленную на шпинделе, который вращается от электродвигателя.

Под действием центробежных сил металл прижимается к боковой стенке изложницы. Литейная форма вращается до полного затвердевания отливки. После остановки формы отливка 5 извлекается.

Отливки, полученные на машине с вертикальной осью вращения, имеют разностенность по высоте – более толстое сечение в нижней части. Применяют для получения отливок небольшой высоты – коротких втулок, колец, фланцев.

Недостатки центробежного литья: наличие усадочной пористости, ликватов и неметаллических включений на внутренних поверхностях; возможность появления дефектов в виде продольных и поперечных трещин, газовых пузырей.

Преимущества центробежного литья: получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней, экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы, возможность получения двухслойных заготовок, что получается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь – чугун, чугун – бронза).

Для изготовления фасонных отливок центробежный способ применяется сравнительно редко, за исключением литья тонкостенных деталей из титановых сплавов.

На рис. 6.3 показана схема изготовления фасонных отливок центробежным способом в металлических (а) и песчаных (б) формах.

Используют автоматические и многопозиционные карусельные машины с управлением от ЭВМ.

Для центробежного литья применяются машины с горизонтальной (рис. 6.1) и вертикальной (рис.6.2) осями вращения.

Рис. 6.1. Машина для центробежного литья с горизонтальной осью вращения

Рис. 6.2. Машина для центорбежного литья с вертикальной осью вращения

Рис. 6.3. Изготовление фасонных отливок центробежным литьем

Изготовление фасонных отливок центробежным литьем: а — металлическая форма; б — песчаная форма; 1 — стояк; 2 — металлическая форма; 8,4,7 — стержни; 5 — нижняя полуформа; 6 — верхняя полуформа

На рис. 6.3 показана схема изготовления фасонных отливок центробежным способом в металлических (а) и песчаных (б) формах.
Посмотрите учебный фильм «Центробежное литье».

Центробежное литье

Центробежное литьё, способ литья в быстро вращающуюся металлическую форму. Расплавленный металл под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам формы и затвердевает, образуя пустотелую отливку (трубку, втулку, кольцо) без стержня. Различают центробежное литье с разными осями вращения; заливаемые формы – песчаные, металлические, по выплавляемым моделям, оболочковые.
Внешняя поверхность отливки оформляется формой под действием центробежной силы при V=3-8 м/с. Под действием центробежной силы происходит направленное затвердевание металла и вытеснение газовой и усадочной пористости. Качество деталей может сильно пострадать из-за образования усадочных раковин. Отлитый в форму металл начинает затвердевать с наружных слоев, и некоторое время поверхность отливки представляет собой как бы твердую корку, под которой имеется жидкий металл. Она (корка) отделяется от еще расплавленного металла, находящегося в глубине кюветы который, уменьшаясь в объеме, не заполняет целиком всего пространства формы.

Литьё — технологический процесс изготовления заготовок (реже — готовых деталей), заключающийся в заполнении предварительно изготовленной литейной формы жидким материалом (металлом, сплавом, пластмассой и т. п.) с последующим его затвердеванием.

Известно множество разновидностей литья:

в песчаные формы (ручная или машинная формовка)
в многократные (цементные, графитовые, асбестовые) формы
в оболочковые формы
по выплавляемым моделям
по замораживаемым ртутным моделям
центробежное литьё
в кокиль
литьё под давлением
по газифицируемым (выжигаемым) моделям
вакуумное литьё
электрошлаковое литьё
литьё с утеплением

Так как разновидности литья различаются одновременно по многим разнородным признакам, то возможны и комбинированные варианты, например, электрошлаковое литьё в кокиль.

Центробежное литьё
Центробежный метод литья (центробежное литьё) используется при получении отливок, имеющих форму тел вращения. Подобные отливки отливаются из чугуна, стали, бронзы и алюминия. При этом расплав заливают в металлическую форму, вращающуюся со скоростью 3000 об/мин.

Под действием центробежной силы расплав распределяется по внутренней поверхности формы и, кристаллизуясь, образует отливку. Центробежным способом можно получить двухслойные заготовки, что достигается поочерёдной заливкой в форму различных сплавов. Кристаллизация расплава в металлической форме под действием центробежной силы обеспечивает получение плотных отливок.

При этом, как правило, в отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений. Особыми преимуществами центробежного литья является получение внутренних полостей без применения стержней и большая экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход годных отливок повышается до 95 %.

Широким спросом пользуются отливки втулок, гильз и других заготовок, имеющих форму тела вращения, произведенные с помощью метода центробежного литья.

Центробежное литьё — это способ получения отливок в металлических формах. При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Таким образом получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью).

Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:

Высокая износостойкость.
Высокая плотность металла.
Отсутствие раковин.
В продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.
Центробежным литьём получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения:

втулки;
венцы червячных колёс;
барабаны для бумагоделательных машин;
роторы электродвигателей.
Наибольшее применение центробежное литьё находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз.

По сравнению с литьём в неподвижные формы центробежное литьё имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок, выход годного. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector