2.7. Оборудование для центробежного литья

Центробежным литьем производят заготовки из любых металлов и сплавов, в том числе из жаропрочных, коррозионно-стойких, из которых получают как тела вращения, так и сложнофасонные детали массой до 150 кг.

Формирование отливок осуществляется из расплавленного металла во вращающихся формах под действием центробежных сил на специальных машинах с горизонтальной (рис. 2.7.1) и вертикальной (рис. 2.7.2) осями вращения. При этом машины с горизонтальной осью вращения в основном применяются в случае, если отношение максимального диаметра формы 2 к длине, производимой заготовки меньше 1, а при применяются машины с вертикальной осью вращения.

В машинах с горизонтальной осью вращения (рис. 2.7.1) расплавленный металл из ковша заливают по направлению стрелки во вращающуюся форму, расположенную между крышками 2, 3. Расплавленный металл под действием центробежной силы прижимается к форме, образуя наружную поверхность отливки 4, а внутренняя часть отливки представляет собой свободную поверхность. Частота вращения формы зависит от многих факторов и в центробежной машине с горизонтальной осью вращения находится в пределах 200...1400 об/мин, а с вертикальной осью – от 160 до 500 об/мин.

При использовании машины с горизонтальной осью на расплавленный металл действует центробежная сила Nц и сила тяжести G. При вращении формы с залитым в нее расплавом нижняя часть металла находится под действием суммарной силы Nu = Nц + G, а верхняя часть – под действием силы Nв = Nц – G. Изменение суммарной силы в радиальном направлении обусловливает периодическое перемещение расплава, что, разрушая зарождающиеся кристаллы, приводит к увеличению центров кристаллизации, формируя мелкодисперсную структуру металла производимой заготовки. Для формирования заданной направленности кристаллизации вместе с расплавом в машину заливают перегретый шлак, который существенно уменьшает теплоотдачу через внутреннюю поверхность отливки. В итоге на рассматриваемой поверхности корочка затвердевающего металла образуется в последнюю очередь, что исключает формирование усадочных раковин в отливке.

Под действием центробежной силы газы, шлак и неметаллические включения выдавливаются на внутреннюю поверхность отливки, увеличивая припуск на обработку указанной поверхности. Под воздействием центробежной силы в расплаве, имеющем различные по плотности химические элементы, наблюдается химическая ликвация, обусловливая неравномерное распределение элементов по толщине литой заготовки. Так, в частности, при производстве центробежным литьем заготовки из свинцовой бронзы на наружной поверхности заготовки сосредоточился свинец, а на внутренней – медь.

Рис. 2.7.1. Центробежное литье на машине с горизонтальной осью вращения формы (а) и изменение сил, действующих на расплав (б): 1 – направление подачи расплава; 2–3 – крышки; 4 – жидкий металл

Рис. 2.7.2. Схемы центробежного литья на машинах с вертикальной осью вращения формы (а, б): 1 – направление подачи расплава; 2 – крышка; 3 – литейная форма; 4 – жидкий металл

В машинах с вертикальной осью вращения (рис. 2.7.2) расплавленный металл по направлению стрелки 1 заливают через окно крышки 2 во вращающуюся форму 3. На расплав действует центробежная сила Nц и сила тяжести G, имеющие различные направления действия, в связи с чем суммарная сила будет равна:

.

Растекаясь по дну формы, металл увлекается действующими силами и прижимается к боковой цилиндрической стенке, образуя вокруг нее кольцевой слой жидкого металла 4. В итоге при вращении формы вокруг вертикальной оси внутренняя свободная поверхность расплавленного металла имеет форму параболоида вращения, что приводит к разностенности отливки по высоте. Это снижает возможность применения таких машин.

Машины с вертикальной осью вращения более сложны в сравнении с машинами с горизонтальной осью и служат для производства заготовок большого диаметра и малой высоты, а также заготовок типа фланцев, дисков и фасонных отливок.

В целях повышения срока службы машин для центробежного литья металлическая изложница покрывается жаропрочным составом или песчано-глинистой смесью, образуя соответствующую форму; также в изложнице располагают оболочковую форму. В последнем случае пространство между изложницей и оболочковой формой заполняют металлическим наполнителем, что повышает прочность формы и надежно фиксирует ее.

При центробежном литье исключаются затраты на изготовление стержней, уменьшается расход металла на литниковую систему, улучшается заполняемость форм металлом и повышается плотность отливок по сравнению с литьем в песчаные формы.

Центробежное литье фасонных деталей следует применять только в тех случаях, когда обычным литьем в неподвижные формы эти изделия либо невозможно получить, либо их получают с низкими технико-экономическими показателями. Особенно оно целесообразно при изготовлении отливок тонкостенных деталей с извилистыми очертаниями, с тонким и острым рельефом, малыми радиусами округлений; а также при производстве заготовок из сплавов с пониженной жидкотекучестью.