Технология центробежного литья

Технология центробежного литья

Центробежное литье – это специальная технология, которая использует центробежные силы для формирования отливок при свободной заливке расплава металла во вращающиеся изложницы. С использованием технологии центробежного литья изготавливают отливки из стали, чугуна, а также сплавов на основе алюминия, меди, титана, магния, цинка и некоторых других металлов.

Поскольку при таком способе формирования отливок на металл или сплав, являющимся исходным сырьем, воздействуют центробежные силы, то готовые изделия приобретают повышенную плотность и улучшенные механические характеристики.

Горизонтальное центробежное литьё

Для изготовления отливок методом центробежного литья используют центробежные машины, имеющие вертикальную и горизонтальную оси вращения. Они оснащаются формами для литья по выплавляемым моделям и оболочковыми формами.

Центробежное литье с горизонтальной осью вращения

Это способ является наиболее широко распространенным методом центробежного литья. Он состоит в том, что формирование отливки со свободной поверхностью происходит в поле центробежных сил. При этом внутренняя поверхность изложницы играет роль формообразующей поверхности. Заливка в форму расплава из ковша производится через специальный заливочный желоб. В процессе производства происходит растекание расплава по внутренней поверхности формы, и он под воздействием центробежных сил образует пустотелый цилиндр. После того, как металл или сплав затвердеет, форма останавливается, и готовое изделие из нее извлекается.

Центробежное литье с вертикальной осью вращения

Для того чтобы получить отливку на машинах, которые вращают форму вокруг оси, расположенной вертикально, заливка расплавленного металла или сплава производится сверху во вращающуюся форму через отверстие расположенное по оси вращения шпинделя.

В процессе вращения металл или сплав под влиянием центробежных сил стремится к боковым стенкам формы (изложницы). Вращение осуществляется до тех пор, пока форма затвердеет полностью. Как только это произойдет, форма останавливается, и из нее извлекается отливка.

Одной из характерных особенностей тех отливок, которые получаются на машинах с вертикальными осями вращения, является то, что толщина их стенок неравномерна по высоте: в нижней части они получаются более толстыми. Во многом именно поэтому таким способом обычно изготавливают отливки с небольшим габаритным значением по высоте: кольца, фланцы, короткие втулки.

Преимущества и недостатки центробежного литья

С помощью центробежного литья получить отливку, имеющую геометрически правильную свободную поверхность, можно только в том случае, если частота вращения является строго определенной (она определяется таким показателем, как гравитационный коэффициент). Если частота вращения отливки оказывается недостаточной, то вследствие усадки, как при вертикальном, так и при горизонтальном положении оси неизбежно возникают искажения.

Таким образом, можно констатировать, что одним из преимуществ центробежного литья является то, что оно позволяет существенно улучшить показатель заполняемости формы расплавом, поскольку на него действует повышенное давление, возникающее под воздействием центробежных сил. Кроме того, в отливках образуется меньше раковин, пор, разнообразных включений, существенно возрастает их плотность.

Необходимо также отметить, что достоинством этого метода литья является также уменьшение расхода металла и повышение такого показателя, как выход годного, по причине отсутствия литниковой системы. Помимо этого, при центробежном литье деталей и заготовок, имеющих форму труб и втулок, не нужно нести затраты на технологические стержни.

Что касается недостатков, то они у центробежного литья тоже есть. К таковым относится трудность изготовления отливок из тех сплавов, что склонны к ликвации; неточность размеров полости отливок, имеющих свободные поверхности; повышенная загрязненность поверхностей отливок ликватами и неметаллическими включениями (из-за этого приходится существенно повышать припуски на их механическую обработку).

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.

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».

Технология центробежного литья, его применение

Особенность данного процесса заключается в изготовлении материалов посредством свободной заливки сплава в специальные изложницы, которые вращаются по вертикальной, горизонтальной или наклонной оси.

Нередко могут быть использованы и гораздо более сложные траектории. Изделия, изготовленные с использованием технологии центробежного литья, обладают рядом преимуществ:

• высокой износостойкостью;
• плотностью;
• возможность создать изделия из различных сплавов;
• отсутствием раковин, шлаков и различных инородных включений;
• изготовлением двухслойных заготовок.

Среди недостатков можно выделить:

• неоднородность и шероховатость поверхности;
• неравномерность толщины верхних стенок изделия.

Тем не менее, эксплуатационные характеристики заготовок, изготовленных при помощи этой технологии, во многом превосходят другие изделия.

Основные способы центробежного литья;

ЦБЛ подразумевает работу на специализированном оборудовании – центробежных машинах или столах. Они обеспечивают необходимое воздействие на сплав, равномерное заполнение формы и затвердение. Кроме того, все технологические процессы во время изготовления отливки должны происходить с определенной скоростью. На сегодняшний день чаще всего используется две технологии центробежного литья.

1. По вертикальной оси вращения. Обычно при использовании этого способа толщина нижних стенок изделия получается более толстой. Специальные машины вращают форму вокруг своей оси, в то время как жидкий сплав поступает из специального отверстия и медленно заполняет ее. Под воздействием центробежных сил металл стремится к боковым стенкам изложницы. Форму вращают до полного затвердевания изделия.
2. По горизонтальной оси вращения. Данный способ основан на формировании отливки, имеющей свободную поверхность в центре поля центробежных сил. При этом ее внутренняя сторона берет на себя роль формообразующей поверхности. Сплав равномерно растекается по ней, а за счет центробежной силы образуется пустотелый цилиндр. После застывания полученное изделие извлекается из формы.

Также стоит отметить, что перед началом отливки изложницы предварительно разогревают до 200 C⁰

Благодаря центробежному литью можно получить изделие, в точности повторяющее геометрию формы, в которой оно было изготовлено. Поэтому ТЦБЛ активно используется для изготовления таких элементов сложного оборудования:

• подшипников и корпусов для них;
• валок и роликов;
• труб и втулок;
• реторт;
• цилиндрических муфелей и т.д.

Изготовление прочных и долговечных материалов из различных сплавов является одной из областей нашей деятельности. Наше современное и высококачественное оборудование позволит создать высококачественные детали любых видов.