В большинстве случаев центробежным способом получают полые отливки в виде тел вращения (преимущественно трубы, трубные заготовки, втулки и т. п., без стержней). Одним из основных преимуществ центробежного литья следует считать направленность затвердевания металла. В результате в отливках отсутствуют усадочные раковины и рыхлоты, повышаются механические свойства.
Принципиальные основы способа
Форма может вращаться вокруг вертикальной, горизонтальной и наклонной осей, а также одновременно, например, вокруг горизонтальной и вертикальной осей. При вращении вокруг вертикальной 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 и нижнем торцах будет больше, чем у низких.Для получения заданной разницы нужно подобрать число оборотов изложницы соответственно высоте кольца.
При вращении вокруг горизонтальной оси этого недостатка нет — полая цилиндрическая отливка большой длины получается равностенной. При вращении по двум взаимно перпендикулярным осям можно достичь равностенности у таких изделий, как чугунные шары.
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 зависят от величины центробежной силы и, следовательно, от скорости вращения формы.
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.
Типы центробежных машин
Для отливки втулок, гильз, маслот и других изделий типа коротких тел вращения используются универсальные машины шпиндельного типа. Конструкция машины позволяет вести работу при разном положении оси вращения.
Для массового производства пригодна четырехпозиционная шпиндельная машина. В этой машине принято следующее распределение технологических операций.
Первая позиция — установка заливочной воронки; заливка металла во вращающуюся форму; вращение формы при постоянном числе оборотов, в течение времени, необходимого для затвердевания отливки.
Вторая позиция — торможение формы; снятие крышки; выталкивание отливки.
Третья позиция — дополнительное охлаждение формы. Четвертая позиция — очистка и окраска формы; надевание крышки.
Для центробежного литья чугунных труб применяются машины с охлаждаемыми изложницами без футеровки и с футерованными изложницами.
Машины первого типа обладают высокой производительностью. Однако они сложны и громоздки и требуют большого числа дорого, стоящих изложниц (низкая стойкость изложниц). После отливки трубы необходимо термически обрабатывать для снятия отбела. На машинах второго типа трубы получаются без отбела с достаточно чистой поверхностью. Конструкция таких машин гораздо проще, но производительность их ниже. На них можно отливать фланцевые трубы.
Для футеровки форм применяются трамбовочные машины, которые дают достаточно высокую производительность.
В практике изложницы футеруются разными способами. В последнее время применяют футеровки из песчано-смоляной смеси. Расход феноло-формальдегидной смолы составляет всего 2,5% от веса песка. Отливка длинных сплошных заготовок из стали (вагонные оси, шпиндели и т. п.) имеет свои особенности и производится на центробежных машинах особой конструкции. Такие машины снабжены устройством подпрессовки затвердевающей отливки для компенсации усадки стали.
Для увеличения производительности конструируют многошпиндельные машины. Представляют интерес пневматические центробежные машины для литья втулок. Формы приводятся во вращение воздушными турбинами. Скорость вращения форм может быть 2000—3000 об/мин. Центробежный способ находит также применение для получения тяжелых отливок типа червячных колес, гаек, грундбукс, облицовок, вкладышей С одним и двумя буртами для прокатного, кузнечно-прессрвогр и другого оборудования. Такие отливки диаметром до 1500 мм, высотой до 500 мм, весом до 3 т изготовляют преимущественно на центробежных машинах с вертикальной осью вращения. На центробежных машинах с горизонтальной осью вращения изготовляют сравнительно тонкостенные отливки диаметром до 700 мм и весом до 1,2 т.При этом возможно применение комбинации кокильной и пёсчано-глинистой формы.
В заграничной практике известна отливка крупных полых слитков центробежным способом. Такие слитки используются для изготовления барабанов котлов высокого давления.
Во многих случаях требуется изготовление двухслойных отливок. В этом отношении центробежный способ дает широкие возможности, так как сплавы можно приготовить одновременно в двух печах и залить в форму один за другим через небольшой промежуток времени.
Таким способом изготовляют прокатные валки из белого и серого чугунов; валки из нержавеющей стали и серого чугуна; втулки из стали и чугуна; трубы , из углеродистой и нержавеющей сталей и т. п.
В практике широко применяется заливка бронзой подшипниковых втулок.
Пороки литья
При освоении центробежного литья встречаются технологические затруднения, которые приводят к появлению брака. Ниже рассматриваются наиболее характерные пороки центробежных отливок и указываются меры борьбы с ними.
Поперечные и спиральные трещины
Эти трещины образуются при усадке отливки. Вероятность появления трещин тем больше, чем больше усадка сплава и длина изделия. Для предотвращения образования этих трещин производят подпрессовку. т. е. торцовое давление на отливку в процессе ее затвердевания, которое преодолевает трение отливки о стенки изложницы при развитии усадки. Поэтому скорость вращения должна быть переменной.
Газовые раковины
Газы, выделяющиеся при затвердевании отливки под действием центробежных сил, оттесняются к свободной поверхности металла. Однако та часть газов, которая выделяется на поверхности раздела металла и изложницы, уже после появления твердой корки может деформировать последнюю и образовать газовые раковины. Это часто случается при литье в водоохлаждаемые изложницы. При интенсивном охлаждении изложницы водой поверхностная корка металла получается более прочной и поверхностных газовых раковин в отливках бывает мало. В футерованных изложницах газы беспрепятственно удаляются благодаря газопроницаемости футеровки и наличию вентиляционных каналов в стенке.
Спаи, заливы
В результате инерционного скольжения по стенке из изложницы во время заливки на поверхности отливки образуются спаи, заливы и другие пороки.
Продольные трещины
Первоначально образовавшаяся тонкая корочка металла по мере охлаждения за счет ее усадки отслаивается от стенки изложницы, и поверхность отливки лишается опоры. С этого момента корка начинает испытывать, напряжения разрыва в связи с действием на нее центробежного ускорения давления жидкого металла.
Если эти напряжения превзойдут предел прочности затвердевшей корки, она разорвется и на поверхности отливки появится продольная трещина. Поэтому надо назначать такое число оборотов изложницы,
чтобы суммарные напряжения не превзошли предела прочности корки в данный момент времени.
Появления этих пороков можно избежать, если металл будет заливаться через специальный стержень с отверстиями по периферии, выполняющими роль дождевых питателей.
Пористость
Вследствие направленного затвердевания отливок, особенно толстостенных, при центробежном литье усадочная и частично газовая пористость сосредоточиваются у свободной поверхности. Поэтому внутренний диаметр отливки должен иметь обычно увеличенный припуск для механической обработки.
Плотные, отливки с точным размером внутреннего отверстия можно получить «литьем с переливом». Для этого в конце изложницы, противоположном заливке, устанавливается стержневой приемник с заданным отверстием. В процессе перелива избыточный металл, протекая по внутренней поверхности отливки, питает и подогревает отливку. Это обеспечивает направленность затвердевания и снижает количество усадочной пористости.
