Контрольные вопросы и задания

1. Какие материалы используют для изготовления кокилей?

2. С какой целью наносится краска на рабочую поверхность кокиля?

3. Назовите основные технологические операции при литье в кокиль.

Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением

4. С какой целью производится подогрев кокиля перед заливкой металла?

5. Перечислите основные преимущества процесса литья в кокиль.

6. Назовите характерные виды дефектов при литье в кокиль, причины их возникновения и меры предупреждения.

7. Опишите сущность процесса литья под давлением.

8. Какие отливки изготовляют литьем под давлением?

9. Назовите основные недостатки процесса литья под давлением.

10. В чем заключается принцип литья под низким давлением?

Л е к ц и я 7

Центробежное литье, литье в оболочковые формы

П л а н л е к ц и и

1. Центробежное литье.

2. Литье в оболочковые формы.

Центробежное литье

Центробежное литье – это способ изготовления отливок, при котором заполнение формы расплавом и его затвердевание происходит в поле дейст- вия центробежных сил.

Основные операции. Форма может вращаться вокруг горизонтальной,

вертикальной или наклонной осей, а также одновременно вокруг горизон- тальной и вертикальной осей.

Наиболее распространен способ литья во вращающиеся металличе-

ские формы с горизонтальной осью вращения (рис. 1.21). По этому способу отливка формируется со свободной поверхностью в поле центробежных сил, а формообразующей поверхностью служит внутренняя поверхность излож- ницы. Расплав заливается в изложницу через заливочный желоб и растекает- ся по внутренней поверхности формы, образуя под действием центробежных сил пустотелый цилиндр.

Рис. 1.21. Схема получения отливки при вращении формы вокруг горизонтальной оси: 1 – расплав; 2 – заливочный желоб; 3 – ковш; 4 – отливка; 5 – форма

После полного затвердевания металла и остановки машины отливка извлекается из формы. Этот способ обладает наиболее высоким коэффициен- том выхода годного (≈ 100 %).

Л е к ц и я 7 Центробежное литье, литье в оболочковые формы

При получении отливок со свободной поверхностью при вращении формы вокруг вертикальной оси (рис. 1.22) расплав заливают в форму, укре- пленную на шпинделе, приводимом в движение электродвигателем. Расплав под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам формы и затвер- девает.

Отливки с внутренней поверхностью сложной конфигурации получа- ют с использованием стержней в формах с вертикальной осью вращения

(рис. 1.23). Расплав через заливочное отверстие и стояк попадает в централь- ную полость формы, выполненную стержнями. Затем через щелевые питате- ли под действием центробежных сил расплав попадает в полость формы.

Центробежное литье принадлежит к литейным процессам, основные операции которых выполняются с использованием машин. В зависимости от назначения машины для центробежного литья разделяют на универсальные,

предназначенные для изготовления отливок общего назначения; труболитейные, предназначенные для изготовления чугунных и стальных труб, в том числе труб большого диаметра; специального назначения, используемые для изго-

товления однотипных отливок в массовом производстве (гильзы двигателей внутреннего сгорания, биметаллические отливки и др.).

Рис. 1.22. Схема получения отливки при вращении формы вокруг вертикальной оси: 1 – ковш; 2 – форма; 3 – шпиндель; 4 – лектро- эдвигатель; 5 – расплав; 6 – отливка

Л е к ц и я 7 Центробежное литье, литье в оболочковые формы

а б

Рис. 1.23. Схема получения фасонных отливок: а – венцов шестерен; б – мелких фасонных отливок; 1 – стояк; 2 – рабочая полость; 3, 4 – стержни; 5 – избыток расплава (сверх массы отливки); 6 – нижняя полуформа; 7 – верхняя полуфор ма

В зависимости от расположения в пространстве оси вращения разли- чают машины с горизонтальной, вертикальной и наклонной осью вращения. По конструктивному исполнению различают шпиндельные и роликовые ма- шины и центробежные столы.

Основные требования, предъявляемые к машинам для центробежного литья: обеспечение вращения формы с требуемой частотой, регулирование частоты вращения в заданных условиях технологического процесса. Машина должна работать плавно, без вибраций, иметь прочные и удобные устройства для крепления и фиксации форм, устройство для подогрева и охлаждения из- ложниц.

Преимущества и недостатки литья. Заливка вращающейся формы и затвердевание отливки под действием центробежных сил обуславливают главные преимущества данного способа литья:

затвердевание металла под действием центробежных сил способству- ет получению плотных (без газовых, усадочных раковин и рыхлот) отливок с высокими механическими свойствами;

отсутствие литниковых систем и прибыльных надставок обеспечивает высокий коэффициент выхода годного;

при литье полых цилиндров и труб не требуется стержней для образо-

вания центрального отверстия.

Основными недостатками центробежного литья являются: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к лик- вации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейной

формы.

Область использования. Центробежным литьем получают литые за- готовки, имеющие форму тел вращения: втулки, венцы червячных колес, ба-

Л е к ц и я 7 Центробежное литье, литье в оболочковые формы

рабаны бумагоделательных машин, трубы различного назначения, роторы электродвигателей, камеры сгорания реактивных двигателей, деталей пуско- вых установок. В некоторых случаях метод центробежного литья является единственно возможным.

Наибольшее применение центробежное литье находит при изготовле- нии втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз, и слож-

ных фасонных отливок из титановых и других жаропрочных сплавов.

Втулки из медных сплавов получают в металлических изложницах, а отливки из титановых сплавов – в графитовых формах, изготовленных прес- сованием или по выплавляемым моделям. Венцы червяных колес из оловя-

нистых бронз получают в песчаных формах, а рабочие колеса центробежных насосов – в металлических формах с песчаными стержнями.

Свойства металла, отлитого центробежным способом. Главная особенность процесса формирования отливок при центробежном литье за- ключается в том, что заполнение формы и затвердевание отливки происходят в поле действия центробежных сил, во много раз превосходящих силу тяжести.

При изготовлении отливок со свободной поверхностью расплав охла- ждается в изложнице неравномерно по объему. Часть теплоты отводится от

расплава в стенку изложницы и ее крышку, другая часть – конвекцией и из-

лучением со стороны свободной поверхности. Воздух в полости отливки во- влекается во вращение и выходит из ее полости; на его место вдоль оси вра- щения поступает холодный воздух. Такая неравномерность охлаждения от- ливки приводит к возникновению конвекции в расплаве. Охлажденный более плотный расплав перемещается к стенкам формы, а горячий и менее плотный – к свободной поверхности расплава. Вследствие этого в расплаве возникают конвекционные потоки, циркулирующие в радиальном направлении, что спо- собствует направленному затвердеванию в радиальном направлении и тем больше, чем больше частота вращения.

При направленном затвердевании от стенок изложницы фронт расту- щих в радиальном направлении кристаллов все время соприкасается с рас- плавом, что способствует улучшению питания отливок.

Свободная поверхность расплава затвердевает в последнюю очередь и остается геометрически правильной. Инородные включения (газы, шлак и т.д.), имеющие меньшую плотность, чем расплав, под действием силы, обуслов- ленной разностью плотностей и гравитационным коэффициентом, интенсив- но всплывают на свободную поверхность. Это приводит к необходимости на- значать большие припуски на обработку свободных поверхностей отливки.

Центробежные силы способствуют направленному затвердеванию только тогда, когда выделяющиеся на свободной поверхности кристаллы твердой фазы имеют плотность большую, чем плотность остающегося рас- плава. Для большинства сплавов это условие соблюдается. Исключение со- ставляют два случая: когда сплав затвердевает с увеличением объема (на- пример, серый чугун) и когда выделяющиеся подвижные кристаллы обога-

Л е к ц и я 7 Центробежное литье, литье в оболочковые формы

щены компонентами сплава, имеющими меньшую плотность, чем остаю- щийся расплав.

Ликвация сплавов под действием центробежных сил происходит при изготовлении отливок из сплавов, компоненты которых взаимно нераствори- мы и не образуют эвтектик и химических соединений. К таким сплавам отно-

сится, например, свинцовистая бронза.

Дефекты отливок и меры по их предупреждению. В процессе про- изводства отливок способом центробежного литья возникает ряд характер- ных дефектов: мелкие спаи на поверхности при низкой температуре формы и металла, горячие трещины, плены в наружных слоях втулок, сквозные рако- вины при литье оловянных бронз.

Надежный контроль технологических параметров литья, автоматизи- рованная дозировка металла позволяют до минимума свести потери от брака.