Центробежное литье

Данный способ литья представляет собой процесс 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. Литейные центробежные машины ис­полняются в трех вариантах: с горизон­тальной (рис. 14.9, а), вертикальной (рис. 14.9, б) или наклонной (на рисунке не показана) осью вращения. В ряде случа­ев внутренняя поверхность отливки яв­ляется свободной, поскольку формиру­ется без непосредственного контакта с литейной формой или стержнем. На ра­бочую поверхность металлических форм (изложниц), предварительно нагретых (или охлажденных) до 300 °С, наносят огнеупорное покрытие в виде красок, облицовок (например, смесь песка с пульвербакелитом) и других материалов. Рис. 14.9. Центробежное литье (в Покрытие повышает стойкость формы, изложницах) с горизонтальной (а) и снижает скорость охлаждения отливки и вертикальной (б) осями вращения:

возможность образования в ней трещин. { ~ ^{расплав; 2} Т ^заливо™^{ая В}°Р°«^;
^{г г} 3 — разливочный ковш; 4 — отливка;

Оно может также регулировать структу- 5 _ изложница

ру и состав поверхностных слоев отливки. Существенно повышает качество отливок введение флюса непосредственно в форму в процессе формирования отливки. Флюс подают дозатором в заливочное устройство центробежной машины. Например, при литье гильз из чугуна применяют флюсообразую-щую экзотермическую смесь состава (в % мае): силикокальция — 8, алюми­ниевого порошка — 12, натриевой селитры — 14, силиката натрия — 26; пла­викового шпата — 20, кузнечной окалины — 20. Флюс рафинирует расплав, защищает его от окисления, а также затормаживает тешюотвод от внутрен­ней свободной поверхности затвердевающей отливки, создавая благоприят­ные условия для направленной кристаллизации металла в форме. Использование флюсов снижает в 4—6 раз процент брака при центробежном литье.

Расплав заполняет полость литейной формы и затвердевает под воздей­ствием центробежной силы F„, значительно превышающей силу тяжести F_T: F_u = KF_T, где К — гравитационный коэффициент (А"= 3—300). При центро­бежном литье важной характеристикой, обеспечивающей технологический процесс, является частота вращения формы — число оборотов и в минуту (мин^-1) или и' — в секунду (с^-1).

Рассчитаем п для изложницы с горизонтальной осью вращения. При F_u = nm'R; F_T = mg; K = m²R/g; D = 2R; <о = (2Kg/D)⁰ⁱ

n = 60ю/(2я) = 60[(2g)°'72«](*/£>)^0,$;

n = 60 • 0,705(/:/£>)^0,5 мин"¹ (об/мин); ri = 0,705(K/D)⁰'^$ с"¹ (об/с),

где m — масса расплава, кг; R — радиус тела вращения, м; D - 2R — диа­метр формы, м; о» — угловая скорость вращения: со = 2яи/60 рад/с; g —ус­корение свободного падения, м/с².

Коэффициент гравитации зависит от вида формы и состава литейного сплава: К =75 для песчаной формы, К = 90—100 для сплавов с узким интер­валом затвердевания.

При литье в формы с-вертикальной осью вращения коэффициент грави­тации равен 100—200. Для расчета оптимальной частоты вращения формы п_от используют также полуэмпирические формулы, например формулу Л. С. Константинова

_Пот = 17460/(рЛ)⁰⁵ мин"¹, /С = 291/(рД)⁰-⁵ с"¹,

где р — плотность сплава, кг/м³; p^ = pK;R — радиус формы, м.

Важность выбора частоты вращения формы п обусловлена следующими соображениями. При п = и_опт неметаллические включения, шлаки и газовая пористость оттесняются к внутренней поверхности отливок (впоследствии они удаляются механической обработкой). Этим обеспечиваются высокие значения плотности и механических свойств отливки. В случае превышения

оптимальных значений частоты вращения (и > п_опт) возрастает ликвация в отливке, а также опасность образования в ней трещин из-за роста давления (вследствие увеличения FJ. При невысоких частотах вращения (и < п_от) от­ливка плохо очищается от шлаков и газов, в результате чего приобретает шероховатую поверхность.

Центробежное литье применяют также для получения биметаллических изделий, изготавливаемых из композиций типа: сталь—бронза, чугун—брон­за, сталь—сталь, сталь—чугун и др. Например; широко используют биме­таллические заготовки из следующих пар материалов: жаропрочная сталь Х17Н13МЗТ — стеллит (порошковый сплав на основе кобальта с добавками Cr, W, Ni, Si, Fe, С и других элементов), сталь 45 — высокохромистый чугун, сталь 25Л — нержавеющая сталь 08Х18Н10Т и др. Использование биметал­лических деталей позволяет экономить дефицитный материал и одновремен­но повышать в 2—3 раза ресурс работы изделий. В промышленности полу­чение биметаллических заготовок осуществляют, в основном, последова­тельной заливкой в изложницу сначала одного, а затем (с регламентирован­ным перерывом) другого сплава, формирующих соответственно наружный и внутренний слои отливки.

На центробежных машинах роликового типа получают однослойные и биметаллические заготовки с внутренним диаметром от 0,1 до 1,5 м, длиной от 1,3 до 10 м и массой до 50 т. Толщина стенок полых отливок, полученных центробежным способом, колеблется в пределах 4 —350 мм.

Отливки из реакционно-активных металлов можно получать в центробеж­ных машинах, снабженных вакуумной камерой для заливки металла в форму.

Центробежное литье применяют, в основном, для получения пустотелых отливок типа тел вращения (втулки, роторы). Фасонные отливки, как прави­ло, получают в машинах с вертикальной осью вращения. Для получения фа­сонных изделий применяются песчаные, металлические, керамические и графитовые формы.

Преимуществами данного способа литья являются: большая производи­тельность способа и возможность его автоматизации; высокий выход годно­го металла (90—95%); высокая плотность и мелкозернистое строение отли­вок (за счет больших скоростей охлаждения); реализация направленного за­твердевания отливок; возможность получения тонкостенных отливок из сплавов с низкой жидкотекучестью.

Недостатки способа: химическая неоднородность (ликвация) в толсто­стенных отливках; высокие внутренние напряжения в поверхностном слое, способствующие образованию трещин; возможность деформации формы под давлением жидкого металла, в результате чего отливки образуются с нодуто-стью; разностенность по высоте отливок, полученных в машинах с верти­кальной осью вращения. Центробежным литьем изготавливают водонапор­ные и канализационные трубы, гильзы двигателей внутреннего сгорания,

поршневые кольца, цилиндры компрессоров, буксы, подшипники качения, втулки, диски, барабаны и др.