Тульский государственный университет

КАФЕДРА СЛиТКМ

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЛИТЬЯ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 5

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ

для студентов по направлению 551800 / "Технологические машины и оборудование" всех форм обучения

Методические указания

Тула 2008

1. Цель и задачи работы

Изучение технологического процесса получения отливок изделий центробежным литьем

2. Теоретические положения

Отличительной особенностью центробежного литья является использование центробежной, силы в процессе заполнения и кристаллизации металла в полости литейной формы. Этот способ применяют для получения литых изделий, представляющих собой тела вращения (трубы, втулки, шестерни и т.п.), а также фасонных отливок.

Под действием центробежной силы жидкий металл прижимается к внутренней поверхности вращающейся формы, увлекается ею и в таком состоянии затвердевает. Величина центробежной силы, которая действует на металл при вращении формы (Н).

,

где m - масса отливки, кг; ω - угловая скорость вращения формы, с^-1; r - расстояние центра тяжести рассматриваемого объема металла от оси вращения формы, м.

При выражении углового ускорения через число оборотов формы в минуту получаем следующую формулу для определения величины центробежной силы :

.

Положительное влияние центробежной силы сказывается на повышении плотности и механических свойств отливок в результате улучшения условий питания кристаллизующегося сплава и перемещения более легких неметаллических включений (газ, окислы, шлак) к внутренней - поверхности отливки. Кроме того, движение жидкого металла, в процессе кристаллизации способствует измельчению структуры отливки.

Для получения отливок используют центробежные машины с горизонтальной и вертикальной осью вращения формы (рис.1)

Рисунок 1. Схемы центробежных машин с горизонтальной (а) и вертикальной (б) осью вращения формы: 1 - металлическая форма; 2 -жидкий металл (отливка); 3 - крышка формы; 4 - заливочный ковш; 5 -заливочный желоб.

Внутренняя поверхность расплава при центробежном литье на машинах с вертикальной осью вращения формы имеет вид параболоида вращения (рис 1,6), поэтому отливки получаются с различной толщиной по высоте. Это ограничивает область применения машин , их в основном применяют для изготовления отливок, диаметр которых значительно больше высоты (червячные Колеса, венцы, кольца, втулки, вкладыши, шестерни).

Центробежный способ применяется также для получения фасонных отливок, не являющихся телами вращения. В этом случае вертикальная ось вращения формы может не совпадать с геометрической осью отливок. Полости, служащие формами для получаемых отливок, располагаются симметрично по периферии вращающейся планшайбы, а заливка металла производится при помощи радиальных или тангенциальных литников, соединенных с центральным литниковым каналом, совпадающим с осью вращения (рис.2).

Рисунок 2. Схемы центробежных машин с вертикальной осью вращения металлической (а) и песчано-глинистой (б) формы: 1-планшайба; 2 - отливка; 3 - крышка формы; 4 - литники; 5 - центральный литниковый канал; 6 - стержень; 7 - опока.

Получение качественной отливки при центробежном литье во многом зависит от скорости .вращения формы. Оптимальную скорость вращения для каждой конкретной отливки определяют по эмпирическим формулам или номограммам. Наиболее надежные, результаты, близкие к практике центробежного литья, дают следующие методы расчета оптимальной скорости вращения формы: по гравитационному коэффициенту и по формуле Л.С. Константинова.

Гравитационный коэффициент К представляет собой отношение центробежной силы к силе тяжести (Р/ G). Этот коэффициент при центробежном литье на машинах с горизонтальной осью вращения принимают равным 60 - 65, а на машинах с вертикальной осью вращения - 90 - 100. Определение оптимального числа оборотов формы производится расчетным путем по формуле (в оборотах в минуту):

где P – центробежная сила, Н; G – сила тяжести, Н; D – внутренний диаметр формы или наружный диаметр отливки, м, а также по номограмме (рис 3)

Рисунок 3 Номограмма для определения числа оборотов формы при центробежном литье.

Л.С. Константинов предложил следующую формулу для определения оптимального числа оборотов формы при центробежном литье (обороты в минуту):

,

где - плотность жидкого сплава, кг/м³; d - внутренний диаметр отливки, м