Центробежное литье. Суть способа. Основные операции

Центробежное литье – это специальная технология, которая использует центробежные силы для формирования отливок при свободной заливке расплава металла во вращающиеся изложницы. С использованием технологии центробежного литья изготавливают отливки из стали, чугуна, а также сплавов на основе алюминия, меди, титана, магния, цинка и некоторых других металлов.

Поскольку при таком способе формирования отливок на металл или сплав, являющимся исходным сырьем, воздействуют центробежные силы, то готовые изделия приобретают повышенную плотность и улучшенные механические характеристики.

Горизонтальное центробежное литьё

Для изготовления отливок методом центробежного литья используют центробежные машины, имеющие вертикальную и горизонтальную оси вращения. Они оснащаются формами для литья по выплавляемым моделям и оболочковыми формами.

Центробежное литье с горизонтальной осью вращения

Это способ является наиболее широко распространенным методом центробежного литья. Он состоит в том, что формирование отливки со свободной поверхностью происходит в поле центробежных сил. При этом внутренняя поверхность изложницы играет роль формообразующей поверхности. Заливка в форму расплава из ковша производится через специальный заливочный желоб. В процессе производства происходит растекание расплава по внутренней поверхности формы, и он под воздействием центробежных сил образует пустотелый цилиндр. После того, как металл или сплав затвердеет, форма останавливается, и готовое изделие из нее извлекается.

Производство отливок из чугуна

Центробежное литьё — перспективный способ производства фасонных изделий с формой тел вращения преимущественно при крупносерийном их изготовлении. Этим способом литья получают водопроводные и канализационные трубы, заготовки гильз цилиндров двигателей внутреннего сгорания, облицовки судовых валов, корпуса сушильных цилиндров бумагоделательных машин, труба для энергетического машиностроения и другие изделия ответственного назначения.

Центробежное литьё по сравнению с литьём в разовые формы имеет следующие преимущества. Производительность труда при работе на центробежной машине увеличивается в несколько раз, отпадает потребность в площадях для формовки, смесях, связующих материалах для стержней, а также в оборудовании для сушки форм и стержней.

Процесс центробежного литья может быть полностью механизирован или автоматизирован, что уменьшает потери от брака и сокращает потребность в высококвалифицированной рабочей силе.

Центробежные отливки отличаются повышенными механическими свойствами литого металла. При этом значительные технико-экономические преимущества центробежного литья достигаются вследствие экономии металла, энергоносителей и продолжительности производственного цикла.

Однако, центробежное литьё имеет и недостатки: необходимы специальные машины; формы должны быть повышенной прочности и герметичности, необходимо строгое дозирование металла для получения нужного размера внутреннего отверстия отливки; усиливается ликвация компонентов сплавов по плотности. Сама отливка может иметь только форму тела вращения.

Особенность центробежного литья состоит в том, что металл заливают во вращающуюся форму, чаще всего металлическую. При заливке и кристаллизации металл испытывает действие центробежных сил.

Ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной, наклонной или перемещающейся в пространстве в процессе получения отливки.

Металл, свободно заливаемый во вращающуюся вокруг горизонтальной оси форму, растекается по ней под действием кинетической энергии струи и вовлекается во вращательное движение за счёт сил трения металла о форму. Однако, такая скорость частиц металла при его вращении вокруг горизонтальной оси не может быть постоянной из-за пульсации результирующей силы в течение оборота формы, так как она складывается из постоянной по величине и направлению силы тяжести и постоянной по величине, но меняющейся по направлению центробежной силы. Это приводит к тому, что свободная поверхность металла, залитого в форму, смещается к низу от оси вращения (рис. 3.10).

Рисунок 3.10

– Гидростатические силы, действующие на металл при вращении формы относительно горизонтальной оси: 1-расплав; 2-форма; Fр – равнодействующая сил центробежной (Fц) и тяжести (Fg)

В длинных формах кинетической энергии струи заливаемого металла недостаточно для равномерного растекания его вдоль формы, поэтому ось вращения таких форм делают наклонной, либо перемещают заливочный желоб вдоль формы во время заливки расплава, либо передвигают форму вдоль неподвижного желоба. Частота вращения формы при центробежном литье — один из основных технологических параметров, определяющих качество отливки. От частоты вращения формы зависят плотность отливки, ее механическая прочность, однородность состава по радиальному сечению, степень удаления шлаковых включений от наружной поверхности отливки к внутренней и правильность формы свободной поверхности отливки.

Определение скорости вращения формы является одним из основных вопросов при разработке технологии литья и конструировании центробежных машин. Чрезмерное увеличение частоты вращения нежелательно из-за возможности образования в отливках продольных трещин на наружной поверхности и повышенной ликвации элементов сплава.

Кроме того, машины с большой частотой вращения конструктивно более сложны, менее удобны и менее безопасны в работе. Поэтому, при технологической разработке процесса и конструирования машин выбирают не наибольшую, а наименьшую частоту вращения, которая обеспечивала бы надлежащее качество отливок. Нижний предел частоты вращения при литье полых заготовок с горизонтальной осью вращения определяется следующим условием: заливаемый металл во время первого оборота вокруг оси должен получить ускорение, превышающее g. Невыполнение этого условия приводит к «дождеванию» металла при заливке в форму. Наиболее известным способом расчёта скорости вращения формы является расчёт по коэффициенту гравитации.

Коэффициентом гравитации центробежного литья называют число, которое показывает, во сколько раз центробежная сила, действующая на заливаемый металл, больше силы тяжести. При расчётах необходимо различать заливку в форму с горизонтальной и вертикальной осями вращения.

При расчёте скорости вращения формы с горизонтальной осью вращения по коэффициенту гравитации учитывают, что на частицы расплава действует центробежная сила и сила тяжести.

Коэффициент гравитации К зависит от вида формы и заливаемого сплава. Для песчаной формы с горизонтальной осью вращения принимают К=75, для металлической формы К=80, для сплавов с узким интервалом затвердевания К=90…100.

При вертикальной оси вращения свободно заливаемый в форму металл постепенно увлекается ею во вращательное движение. Через некоторое время угловые скорости вращения отдельных слоев металла и самой формы выравниваются, и жидкость приходит в состояние относительного покоя. Пульсации результирующей силы за период оборота формы в этом случае не происходит, так как направление центробежной силы при вращении относительно вертикальной оси не изменяется.

Температура нагрева изложницы перед заливкой металлом, футеровка изложницы и способ заливки металла в форму оказывают влияние на формирование центробежных отливок и их качество. Предварительный подогрев изложницы снижает тепловой удар при заливке металла, способствует лучшему распределению металла по диаметру и длине, повышению качества наружной поверхности отливок и снижению брака по отбелу при литье чугуна.

Огнеупорное покрытие уменьшает скорость и степень нагрева изложниц при заливке их металлом, а также снижает скорость охлаждения отливок, что предотвращает образование трещин при литье стали и отбела при литье чугуна.

Для форм наиболее распространены огнеупорные покрытия из сыпучих материалов (обычно из сухого кварцевого песка). Благодаря большой частоте вращения изложницы такое покрытие наносится ровным слоем на ее стенку, удерживается на ней и не размывается струей горячего металла. Но значительный пригар песка и формирование некачественной наружной поверхности отливок обусловливает необходимость разработки более технологичных огнеупорных покрытий.

Перспективно использовать в этих целях жидкие огнеупорные покрытия на основе диатомита, например, огнеупорную краску, содержащую, % (мас. доля): диатомита термообработанного 55-70; бентонита 1,0-2,5; коллоидального раствора золя кремниевой кислоты с содержанием 20% Si02 3,0-9,0; воды (до плотности краски 1200-1400 кг/м3) – остальное, так как это обеспечивает получение качественных однослойных и биметаллических отливок из чугуна и стали.

Скорость заливки металла влияет на качество наружной поверхности отливки и заполнения формы и зависит от критической скорости вращения формы. Подачу металла в начале заливки рекомендуется ускорить, чтобы металл быстрее распределился по всей поверхности формы. В этом случае неслитины и спаи на поверхности отливки не образуются. В дальнейшем скорость наращивания толщины слоя снижают в целях создания благоприятных условий для направленного затвердевания, уменьшения гидравлического давления на затвердевшую оболочку и вероятности развития ликвации и т.д. Регулирование скорости заливки удобнее выполнять при заливке металла через носок ковша и гораздо сложнее — через стопор или чашу с отверстием.

При разработке технологического процесса центробежного литья необходимо учитывать плотности первично выпадающих фаз в интервале кристаллизации и остающегося маточного раствора. В тех случаях, когда плотность первично выпадающей фазы меньше плотности жидкости, необходимо обеспечить минимальные скорость литья, температуру металла и формы для обеспечения направленной кристаллизации.

Водопроводные и канализационные трубы из серого чугуна являются одним из наиболее массовых видов продукции, изготовляемых центробежным литьем. Для труб характерны большая длина и сравнительно малая толщина стенки. Канализационные трубы изготовляют длиной 2 м и диаметром 50 -150 мм при толщине стенок 4-5 м; водопроводные трубы — длиной 2 — 5 м, диаметром 50-1000 мм и толщиной стенок 7,5 — 30 мм. Литые трубы не обрабатывают резанием. В технических условиях на их приемку регламентируют массу труб, их разностенность (продольная и радиальная). Для водопроводных труб, кроме того, обязательным является испытание на герметичность. Из механических свойств определяют твердость (по Брюнеллю) и так называемый модуль кольцевой прочности R.

Центробежное литьё напорных труб обеспечивает их плотную структуру и отсутствие разностенности. Этот способ литья максимально экономичен, поскольку для образования внутренней поверхности не используются стержни, а массовое производство продукции оправдывает применение дорогих машин и установок. Как правило, водопроводные и канализационные трубы получают в металлических, интенсивно охлаждаемых подвижных формах.

Недостатки процесса — значительная стоимость металлических форм при малой их стойкости, образования в отливках поверхностного отбела и больших внутренних напряжений, что заставляет подвергать трубы высокотемпературному отжигу, что удорожает стоимость продукции.

В табл. 3.2 приведены составы чугунов для центробежного литья труб; а в табл. 3.3 — характеристики напорных труб при различных способах производства (ГОСТ 9583-75), свидетельствующие о преимуществах центробежного литья по сравнению с другими методами.

Перспективным является применение для напорных труб чугуна с шаровидным графитом (высокопрочного). Повышенная прочность и пластичность этого чугуна, хорошая свариваемость открывают возможность экономить металл за счёт уменьшения толщины стенок труб и сохранения высокой коррозионной стойкости по сравнению со стальными трубопроводами.

Таблица З.2

– Составы чугунов для труб, отливаемых центробежным способом

Таблица 3.3

– Характеристики чугунных напорных труб

Центробежное литье с вертикальной осью вращения

Для того чтобы получить отливку на машинах, которые вращают форму вокруг оси, расположенной вертикально, заливка расплавленного металла или сплава производится сверху во вращающуюся форму через отверстие расположенное по оси вращения шпинделя.

В процессе вращения металл или сплав под влиянием центробежных сил стремится к боковым стенкам формы (изложницы). Вращение осуществляется до тех пор, пока форма затвердеет полностью. Как только это произойдет, форма останавливается, и из нее извлекается отливка.

Одной из характерных особенностей тех отливок, которые получаются на машинах с вертикальными осями вращения, является то, что толщина их стенок неравномерна по высоте: в нижней части они получаются более толстыми. Во многом именно поэтому таким способом обычно изготавливают отливки с небольшим габаритным значением по высоте: кольца, фланцы, короткие втулки.

Завод работает со следующими металлами и сплавами:

• бронза,
• чугун,
• латунь,
• и кроме всего прочего предоставляет услуги по мехобработке полученных отливок.

выгодно отличается на фоне конкурентов своим высокотехнологическим уровнем производства и центробежным литьем чугуна. специализируется не только как производитель серийной продукции запасных частей и комплектующих, но и как изготовитель штучных партий и зарекомендовал себя как качественный поставщик.

Доставка изделий произведённых на по желанию заказчика может происходить в любую точку России и СНГ. В связи с этим отливки нашего предприятия получили широкую известность среди постсоветских стран и продолжает завоёвывать новых клиентов.

Преимущества и недостатки центробежного литья

С помощью центробежного литья получить отливку, имеющую геометрически правильную свободную поверхность, можно только в том случае, если частота вращения является строго определенной (она определяется таким показателем, как гравитационный коэффициент). Если частота вращения отливки оказывается недостаточной, то вследствие усадки, как при вертикальном, так и при горизонтальном положении оси неизбежно возникают искажения.

Таким образом, можно констатировать, что одним из преимуществ центробежного литья является то, что оно позволяет существенно улучшить показатель заполняемости формы расплавом, поскольку на него действует повышенное давление, возникающее под воздействием центробежных сил. Кроме того, в отливках образуется меньше раковин, пор, разнообразных включений, существенно возрастает их плотность.

Необходимо также отметить, что достоинством этого метода литья является также уменьшение расхода металла и повышение такого показателя, как выход годного, по причине отсутствия литниковой системы. Помимо этого, при центробежном литье деталей и заготовок, имеющих форму труб и втулок, не нужно нести затраты на технологические стержни.

Что касается недостатков, то они у центробежного литья тоже есть. К таковым относится трудность изготовления отливок из тех сплавов, что склонны к ликвации; неточность размеров полости отливок, имеющих свободные поверхности; повышенная загрязненность поверхностей отливок ликватами и неметаллическими включениями (из-за этого приходится существенно повышать припуски на их механическую обработку).

Формы для литья силиконовых приманок

Прежде чем приступить к выплавке приманок следует обзавестись самым необходимым, без чего этот процесс невозможен, – формой для их изготовления. Ее можно либо купить, либо смастерить собственноручно.

В продаже, преимущественно в интернет-магазинах представлены разнообразные формы для отлива приманок. Безусловно, купить формы для литья силиконовых приманок не составит особого труда, но гораздо интересней и дешевле сделать их самому. К тому же изготовить такие формы можно исходя из собственных предпочтений.

Любая форма состоит из двух поверхностей, которые соприкасаясь, образуют герметичную область. Поверхности качественных форм должны вплотную прилегать друг к другу. На форме можно разместить до десятка контуров, что в разы убыстряет процесс литья. Качественные матрицы характеризуются наличием воздуховодов, предназначенных для вывода воздуха.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ЛИТЕЙНЫЕ МАШИНЫ

ЦЕНТРОБЕЖНАЯ
ЛИТЕЙНАЯМАШИНА
Центробежная литейная машина

— это машина для формирования отливки, осуществляющая вращение литейной формы с целью воздействия на металл центробежных сил в процессе его кристаллизации.

Центробежные машины применяются для получения втулок, колец, трубных заготовок из чугуна, стали, бронзы, алюминия и их сплавов.

Конструкция центробежной литейной машины предполагает наличие водяной системы охлаждения, а также частотного преобразователя, который позволяет изменять и регулировать скорость вращения формы, которая измеряется количеством оборотов в минуту. Помимо этого, литьевые машины имеют систему управления, состоящую из нескольких элементов. Благодаря этому технологический процесс максимально упрощается, а потери от брака сокращаются.

Преимуществом центробежного способа литья является:

Принцип работы машины заключается в следующем:

Процесс литья в центробежную машину достаточно простой, ж идкий металл заливается во вращающуюся (изложницу, кокиль). Перед заливкой изложницу предварительно подогревают до 250 град и окрашивают краской для избежания пригара отливки к форме. По сле его растекания по внутренним стенкам формы, снаружи изложницы подается охлаждение водой (душированием) для кристаллизации отливки, металл кристаллизуется и остаётся до конца кристаллизации. Центробежные силы возникающие при вращении изложницы прижимают расплавленный металл к поверхности изложницы, в результате чего происходит его уплотнение и удаление из него газовых и шлаковых включений. Так получается прочная, имеющая хорошую плотность отливка, которая всегда имеет форму тела вращения.

Эксплуатация центробежных литейных машин

Применение центробежных литейных машин имеет ряд серьезных преимуществ перед другими методами литья. Благодаря особой технологии готовые отливки получаются плотными, качественными и износостойкими, без включения шлаков и неметаллических элементов. Из-за чего выход качественных изделий максимально увеличивается.

Помимо этого, использование именно этой технологии литья позволяет значительно сэкономить металл и энергоносители, оптимально отрегулировать продолжительность производственного цикла, увеличить в несколько раз производительность труда. Центробежное литье позволяет обойтись без площадей для формовки и оборудования для сушки форм и стержней.

Литьё в кокиль

Литьё металлов в кокиль — более качественный способ. Изготавливается кокиль — разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.

Литьё в кокиль, кокильное литьё, способ получения фасонных отливок в металлических формах — кокилях. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литьё в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действием силы тяжести. Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200—300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и высокими физико-механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются.

В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.

Литьё в оболочковые формы

Литьё в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).

Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300°С, выдерживают в течение нескольких десятков секунд до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 400°С) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.

Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

Литьё по выплавляемой модели

Ещё один способ литья металлов — по выплавляемой модели — применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае — из воска) изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина, для крупногобаритных изделий применяются солевые составы менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию на основе связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и растворителя (спирт, ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса, для ускорения процесса используют специальные сушильные шкафы, в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС.Таким образом получаем отливку.

В силу большого расхода металла и дороговизны процесса ЛВМ применяют только для ответственных деталей.

Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:

• Копия или модель конечного изделия изготавливаются из легкоплавкого материала.

• Эта модель окружается керамической массой, которая затвердевает и образует форму.

• При последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.

• Затем в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл, который точно воспроизводит исходную модель отливки.

Только этого метода литья

Точность медного литья в целом охарактеризовует класс размерной точности, ее степень коробления, а также степень точности поверхности и класс точности веса.

Обязательному использованию надлежит класс точности размера и точность веса отливки. Применение других свойств точности отливки, при надобности и особых условий точности литых запчастей, зависящих от их применения и особенностей использования, регламентирует сфера документаций нормативно-технических.

На эскизах литья из меди (или эскизах элемента с указанными размерами отливки) необходимо указать базу измерения (базу разметки) и начальную базу доработки поверхности. Литье из меди применяется для производства запчастей для ремонта электрического оборудования и изготовления разнообразных изделий с электрическим сопротивлением 0,01724-0,018 Ом*мм/м у нас доступны все виды литья из черных и цветных металлов от 1кг.