Центробежное литье

 

Центробежное литье применяется в основном для получения полых отливок в виде тел вращения (преимущественно трубы, трубные заготовки,  втулки и т.п.) без стержней.

центробежное литье, характер затвердевания отливки

центробежное литье, характер                                    затвердевания отливки

Рис 1

   Одним  из преимуществ центробежного литья можно считать направленность затвердевания металла. В результате в отливках  отсутствуют усадочные раковины и рыхлоты,  повышаются механические свойства.

 Принципиальные основы способа – центробежное литье

Величина центробежной силы, которая действует на металл при  вращении формы с числом оборотов n, равна

P=mrꙍ2 ,

Где m – масса жидкости в г;

r —  радиус тела вращения в см;

ꙍ — угловая скорость  вращения формы в сек. -1 ; ꙍ = πn/30.

Форма может вращаться вокруг вертикальной,  горизонтальной и наклонной осей, а также одновременно,  например вокруг горизонтальной и вертикальной оси.

При вращении вокруг оси  свободная поверхность является параболоидом вращения, поэтому на машинах с вертикальной осью вращения отливаются главным образом кольца преимущественно незначительной высоты. Объясняется это тем, что у высоких колец разница  внутренних диаметров на верхнем (2r1) и нижнем (2r2)  торцах будет  больше чем у  низких.

центробежное литье, отливка кольцо

отливка кольцо

Рис 2

   Для получения заданной разницы r2 – r1 нужно подобрать  число оборотов  изложницы  n  соответственно высоте кольца Н:

n = К ꓦ Н,

где, К – коэффициент, зависящий от r2 – r1 (табл 1)

Пример: Отлить кольцо высотой Н = 25 мм внешним  диаметром 2r1 = 500 мм  и  2r1 – 2r2 = 5мм.  По табл 1  для 2r1 = 500 мм  и 2r1 – 2r2 = 5мм находим К = 120и, следовательно, n = 120ꓦ25 = 600 об/ мин.

При вращении вокруг  горизонтальной оси этого недостатка нет – полая цилиндрическая отливка большой длины получается равностенной.

Табл  1

Значения коэффициента К и разницы 2r1 – 2r2

2r1 – 2r2 = 2мм2r1 – 2r2 = 5мм2r1 – 2r2 = 10мм
2r12r2К2r12r2К2r12r2К
108140010598010846
201897020156352010486
302878530255103020381
403867540354354030320
504860550453875040280
100984251009528010090195
200198299200195189200190137
300298245300295154300290110
400398212400395133400390103
50049818950049512050049090

 

При вращении по двум взаимно перпендикулярным осям можно достичь  равностенности у таких изделий, как чугунные шары.  Приспособление для вращения по двум взаимно- перпендикулярным осям  показано на рисунке.

центробежное литье, приспособление для отливки шаров

центробежное литье, приспособление для                                     отливки шаров

Рис 3

Центробежное литье, скорость вращения формы

Правильный выбор скорости вращения формы весьма важен при центробежном литье. Характер получающейся структуры, распределение шлаковых включений, газовой и усадочной пористости и т.п.  центробежных  отливок зависит от величины центробежной силы и, следовательно, от  скорости  вращения формы.

Существующие формулы для определения необходимого числа оборотов  формы могут быть подразделены на две категории:

а) формулы, исходящие из уравнений гидростатики,  определяющих  форму свободной поверхности жидкости, находящейся во вращающемся сосуде;

б) формулы, основывающиеся на динамических усилиях, действующих в металле, находящемся во вращающейся форме.

Обычно в практике работы по центробежному литью минимальным и достаточным числом оборотов считается то, которое обеспечивает правильную свободную поверхность отливки.  Эта скорость будет различной и зависит  от расположения оси, количества осей, рода металла, допускаемой  разностенности и наружного диаметра отливки.

Известные методы расчета скоростей вращения  формы сводятся к  трем  основным формулам: расчету по заданной окружной скорости, расчету по гравитационному коэффициенту и расчету по давлению  на форму.

 

Помимо указанных методов расчета,  рядом исследователей предложены эмпирические и полуэмпирические формулы расчета скорости  вращения формы. Наиболее близкие значения к принятым  на практике дают следующие формулы.

Формула  Кэммена:

n = K0/r;

Формула Константинова:

n = 5520/ꓦꝩr,

центробежное литье, кривые чисел оборотов

центробежное литье, кривые                 чисел оборотов

Рис 4

где, n – число оборотов изложницы в об7 мин;

r – наружный радиус отливки в см;

К0 – коэффициент различный для разных сплавов;

ꝩ  —  объемный вес сплава.

Значения        К0  для случаев вращения  вокруг горизонтальной и вертикальной  осей и разных видов отливок приведены в табл. 2. Сравнимые методы расчета скоростей вращения формы сведены в табл 3.

Применяемые на практике  числа оборотов для различных  сплавов  в зависимости от диаметра формы полых  отливок даны на рис 4  ( горизонтальная ось вращения).

Табл 2

Значения константы К0

материалУдельный

вес

Положение

оси

Коэффициент К0Отливка
чугун7,2горизонтальное1800-2500Трубы, втулки, кольца

 

То же7,2вертикальное2470

2900-3000

трубы
сталь7,85горизонтальное2150Полые отливки, сетки
То же7,85То же2730
Красная медь8,2*2000-2200Кольца, втулки, вкладыши для подшипников
бронза8,4вертикальное3400То же
Свинцовистая подшипниковая бронза8,8горизонтальное7900Подшипники  диаметром  до 200 мм
Подшипниковый сплав с высоким  содержанием свинца9,5-10,5То же1700-1900Вкладыши подшипников всех размеров
Подшипниковый сплав с высоким  содержанием олова7,3-7,5 

*

1400-1800То же
Алюминий и алюминиевые сплавы3,65-3,1*2600-3590Трубы, втулки

Табл 3

Скорости вращения формы, определяемые  разными методиками

Диаметр отливки в ммДиаметр изложницы в ммРасчет по окружной скорости n=423/ꓦSРасчет по давлению на форму

N = 423ꓦP2/ꝩ (R2-r2)

Расчет по гравитационному коэффициенту

n=ꓦ1820 C/Dg

Расчет по формуле  Кэммена

n=k/ꓦ r1

Расчет по формуле Константинова

n=5520/ꓦꝩr

Характеристика отливки
наружныйвнутреннийnV в м/минПри Рi=4 amuПри Рi=1 amunV в м/минnV в м/минnV в м/мин
nV в м/минnV в м/мин
120801404233,136802,7182013,312309,0146010,7172512,6Втулки
2501903204237,1202033,8101517,085014,2100016,8100417,5Цилиндры
41034058042312,8144043,772021,866020,078023,682425,0Кольца
56047673042316,2118045,055021,057021,866025,170827,0То же
Примечание: В таблице приняты обозначения: S –допускаемая равностенность, равная 1 мм,  для всех  размеров отливки; Рi  — избыточное давление ,  равное 1 и 4 amu; R – наружный радиус отливки; r-внутренний радиус отливки; r1 – наружный радиус отливки; к – коэффициент равный 3500; D – наружный диаметр отливки; С – центробежная сила; g – ускорение силы тяжести.

 

В данной статье вы познакомились с понятием – центробежное литье.

Используемая литература: «Особые виды литья» С.Я. Головин