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
Рис 1
Одним из преимуществ центробежного литья можно считать направленность затвердевания металла. В результате в отливках отсутствуют усадочные раковины и рыхлоты, повышаются механические свойства.
Содержание:
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.

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 = 2мм | 2r1 – 2r2 = 5мм | 2r1 – 2r2 = 10мм | ||||||
2r1 | 2r2 | К | 2r1 | 2r2 | К | 2r1 | 2r2 | К |
10 | 8 | 1400 | 10 | 5 | 980 | 10 | — | 846 |
20 | 18 | 970 | 20 | 15 | 635 | 20 | 10 | 486 |
30 | 28 | 785 | 30 | 25 | 510 | 30 | 20 | 381 |
40 | 38 | 675 | 40 | 35 | 435 | 40 | 30 | 320 |
50 | 48 | 605 | 50 | 45 | 387 | 50 | 40 | 280 |
100 | 98 | 425 | 100 | 95 | 280 | 100 | 90 | 195 |
200 | 198 | 299 | 200 | 195 | 189 | 200 | 190 | 137 |
300 | 298 | 245 | 300 | 295 | 154 | 300 | 290 | 110 |
400 | 398 | 212 | 400 | 395 | 133 | 400 | 390 | 103 |
500 | 498 | 189 | 500 | 495 | 120 | 500 | 490 | 90 |
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
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
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
материал | Удельный вес | Положение оси | Коэффициент К0 | Отливка |
чугун | 7,2 | горизонтальное | 1800-2500 | Трубы, втулки, кольца
|
То же | 7,2 | вертикальное | 2470 2900-3000 | трубы |
сталь | 7,85 | горизонтальное | 2150 | Полые отливки, сетки |
То же | 7,85 | То же | 2730 | |
Красная медь | 8,2 | * | 2000-2200 | Кольца, втулки, вкладыши для подшипников |
бронза | 8,4 | вертикальное | 3400 | То же |
Свинцовистая подшипниковая бронза | 8,8 | горизонтальное | 7900 | Подшипники диаметром до 200 мм |
Подшипниковый сплав с высоким содержанием свинца | 9,5-10,5 | То же | 1700-1900 | Вкладыши подшипников всех размеров |
Подшипниковый сплав с высоким содержанием олова | 7,3-7,5 | * | 1400-1800 | То же |
Алюминий и алюминиевые сплавы | 3,65-3,1 | * | 2600-3590 | Трубы, втулки |
Табл 3
Скорости вращения формы, определяемые разными методиками
Диаметр отливки в мм | Диаметр изложницы в мм | Расчет по окружной скорости n=423/ꓦS | Расчет 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 | ||||||||
наружный | внутренний | n | V в м/мин | При Рi=4 amu | При Рi=1 amu | n | V в м/мин | n | V в м/мин | n | V в м/мин | ||||
n | V в м/мин | n | V в м/мин | ||||||||||||
120 | 80 | 140 | 423 | 3,1 | 3680 | 2,7 | 1820 | 13,3 | 1230 | 9,0 | 1460 | 10,7 | 1725 | 12,6 | Втулки |
250 | 190 | 320 | 423 | 7,1 | 2020 | 33,8 | 1015 | 17,0 | 850 | 14,2 | 1000 | 16,8 | 1004 | 17,5 | Цилиндры |
410 | 340 | 580 | 423 | 12,8 | 1440 | 43,7 | 720 | 21,8 | 660 | 20,0 | 780 | 23,6 | 824 | 25,0 | Кольца |
560 | 476 | 730 | 423 | 16,2 | 1180 | 45,0 | 550 | 21,0 | 570 | 21,8 | 660 | 25,1 | 708 | 27,0 | То 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