Центробежное литье

Центробежное литье – это разновидность литейного процесса, при котором форма с расплавленным металлом вращается вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси. В результате на них действуют касательные и центробежные силы, из-за чего меняется скорость движения расплавленной массы и траектория всплывания включений. При этом плотность, поверхностное натяжение, вязкость и другие константы остаются прежними. Данный способ подходит для изготовления особых отливок: полых цилиндров, многослойных изделий, кругов, корпусов подшипников и пр.

Центробежный способ литья хорош тем, что детали, выполненные по данной технологии, по механическим свойствам не уступают кованым. В некоторых случаях они могут даже превосходить по качеству поковку. При этом удается значительно снизить себестоимость производства продукции за счет серьезной экономии металла, сокращения производственного процесса, уменьшения потребления электроэнергии и общих капиталовложений.

Изготовление центробежным литьем имеет и определенные особенности. Например, для процесса необходимы специальные машины, которые смогут вращать тяжеловесную форму с заданной частотой и скоростью 3000 об/мин, а металл, заливаемый в формовочную смесь, необходимо дозировать. Но в целом технология активно применяется и развивается. С ее помощью производят различные тела вращения из стали, чугуна или цветного металла, например, гильзы для двигателей, кольца подшипников, роторы электродвигателей, полые слитки, венцы червячных колес, втулки.

Разновидности процедуры

Существует шесть разновидностей центробежного литья:

1. По конфигурации отливки. Это могут быть полые цилиндры, асимметричные изделия, детали с наружным фасонным и внутренним гладким (шершавым) профилем.
2. По расположению заготовки. Она может находиться на оси вращения или быть сдвинута в определенную сторону.
3. По материалу, из которого выполнена форма (например, металлическая с покрытием или без такового, графитовая, керамическая, комбинированная).
4. По типу оси вращения (горизонтальная, вертикальная, наклонная, с плавающим углом).
5. По скорости, с которой крутится форма. Она бывает переменной или постоянной.
6. По материалу, из которого делается изделие (например, биметалл, стали, чугуны и их сплавы, цветные металлы, двухслойные отливки).

Способ производства деталей подбирается на основании выдвигаемых к ним требований и характеристик, а также в зависимости от того, какие именно металлы планируется использовать при создании.

Особенности затвердевания

Практика показывает, что условия застывания металла в центробежных и неподвижных формах разнятся. Благодаря технологии центробежного литья удается создавать детали высокого качества, в которых количество дефектов сведено к минимуму. Выход годных отливок повышается до 95 %. В отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений.

Ошибочно будет думать, что достаточно просто применить технологию, чтобы создать качественную отливку. Нужно выполнить необходимые расчеты, а также соблюдать весь технологический процесс, чтобы добиться положительных результатов.

В первую очередь, следует учитывать особенности охлаждения заготовок, которые производятся способом центробежного литья. На данный параметр влияют:

1. Площадь свободной поверхности в полых отливках. Чем она больше, чем быстрее происходит охлаждение.
2. Теплопроводность формовочной смеси, толщина заготовки и стенки изложницы, наличие воздушного зазора между формой и отливкой.
3. Скорость вращения. Чем выше этот параметр, тем сильнее расплавленный металл останавливает усадку изделия, что приводит к ускорению затвердевания.
4. Наличие конвекции. Обычно она возникает при изготовлении толстостенных изделий.

Чтобы получить качественный отлив, нужно учитывать все вышеперечисленные параметры.

Виды оборудования

В зависимости от своего назначения и принципа действия центробежные машины могут иметь разную конструкцию, но принцип действия и состав у них примерно одинаковый. В обязательном порядке присутствуют:

1. Изложница с опорным устройством и крышкой.
2. Рабочий привод, который вращает форму.
3. Устройство для заливки расплавленного жидкого металла.
4. Кулер (охлаждающая конструкция).
5. Оградительное устройство.

Рассмотрим эти элементы более детально. Изложница – это форма, в которую заливается расплавленный металл при изготовлении отливки. Обычно она выполняется из чугуна, но встречаются варианты и из низкоуглеродистой вакуумированной стали. Форма, размеры и характеристики данного изделия напрямую зависят от того, что именно планируется производить и какой расплав использовать.

Привод в современных центробежных машинах позволяет изменять скорость вращения. Она подбирается под конкретные задачи. В некоторых случаях количество оборотов может изменяться в процессе застывания расплавленного металла. Чаще всего применяются следующие типы привода:

1. С возможностью ступенчатого изменения скорости. К ним относят модели, работающие от многоскоростных или двух электродвигателей, а также с ременной передачей и ступенчатым шкивом.
2. С возможностью бесступенчатого изменения скорости. Сюда входят фрикционные модели, гидродвигатели, воздушные турбины, электромагнитные муфты скольжения и пр.

Отметим, что второй вариант более предпочтителен, поскольку позволяет настраивать скорость вращения с высокой точностью. Заливочные устройства выполняются в виде желобов разной длины с боковым или прямым сливом. При этом стоит отметить и такие серьезные недостатки, как повышенная высота падения струи, образование брызг, продольное движение расплавленного металла и пр. Поэтому чаще всего используют боковой слив, который не имеет таких минусов. Охлаждение изложниц осуществляется при помощи воды: их обычно либо полностью опускают в ванну, либо обрызгивают из форсунок по мере необходимости. Если литье выполняется в песчано-глиняную смесь, то охлаждение водяным способом не производят.