9.1.2. Відцентрове лиття

Відцентровим литтям називають метод отримання виливків, при якому рідкий ме­тал заливається у форму (виливницю), яка обертається. Розплав втя­гується в обертовий рух під дією тангенціальних сил тертя, які виника­ють між розплавом і поверхнею форми, і твердіє у полі відцентрових сил. Відцентровим литтям виготовляють виливки типу тіл обертання масою від сотень грамів до 45 т і з товщиною стінки від декількох міліметрів до 350 мм. Цей метод дозволяє отримувати полі виливки без застосування стержнів. Відсутність ливникової системи та додатків збільшує вихід придатного литва до 90…95 відсотків.

За класифікацією Л.С.Константинова можливі три схеми відцентрового лиття - з горизонталь­ною (рис.9.2, а), вертикальною (рис.9.2, б) чи нахиленою (рис.9.3, в) осями обертання.

На будь-яку частинку розплаву, який обертається, діє дві сили: тяжіння (гравітаційна) та відцентрова.

Найменше допустиме число обертів n, при якому вільна поверхня по першій схемі лиття утворює циліндр з гладкою поверхнею і немає падіння капель розплаву, визначають з умови, що відцентрова сила повинна перевищувати силу тяжіння:

n=kπ/30∙√(g/r) (9.1)

де k - коефіцієнт надійності (k=1,5…2); r0 - внутрішній радіус виливки.

а) б) в) Рис. 9.2. Схеми відцентрового лиття

Величина відношення відцентрової сили mω²r до сили земного тя­жіння mg ­має назву гравітаційного коефіцієнта К, який показує в скільки разі в відцентрова сила більша сили тяжіння (переважно К=30...50).

Розрахунок числа обертів горизонтальної циліндричної виливниці ви­конують за формулою Л.С.Константинова:

(9.2)

де ρ - щільність розплаву; r_o - радіус вільної поверхні виливка.

Отримання виливки відцентровим способом складається із підготовки виливниці і установки та власне отримання виливки.

Підготовка виливниці і установки. Лабораторна установка для відцентрового лиття з горизонтальною віссю складається з електродвигуна 1 (рис. 9.3), до вала якого за допомогою муфти 2 закріплена виливниця 3. Для запобігання витіканню з форми рідкого металу вона частково закривається кришкою 4, через отвір у якій по жолобу 5 і подається рідкий метал. Виливниця у площині обертання захищена кожухом 6. Електродвигун і кожух закріплені на зварній рамі 7.

Перед заливанням металу потрібно оглянути установку, перевірити надійність усіх з’єднань і вставити захисний кожух.

Отримання виливка. Мірною ложкою набирають рафінований розплав із тигля і через жолоб заливають у виливницю, яка обертається. Через 1…2 хв після заливання двигун установки зупиняється, знімається жолоб і кришка виливниці. Кліщами видаляється виливок. Далі цикл повторюється.

Рис. 9.3. Схема установки для відцентрового лиття: 1 - електродвигун;

2 - муфта; 3 - виливниця; 4 - кришка; 5 - жолоб; 6 - кожух; 7 - рама

Для вирівнення впливу теплової ізоляції на якість поверхні виливка після декількох заливань у виливницю засипають сухий пісок, який служить термічним опо­ром. У форму, яка обертається, на всю її довжину вводять лоток з піском; повертанням лотка на 90° висипають пісок і він під дією відцентрових сил рівномірно розподіляється по робочій поверхні.

Особливості і область застосування відцентрового лиття. Розплав, який розподі­лився під дією відцентрових сил у вигляді полого циліндра, охолоджується з двох бо­ків; з зовнішньої - 93…95% тепла від­дає виливниці і з вільної поверхні - 3…5% тепла випро­мінює у повітря. У середніх шарах метал залишається найгарячішим і, значить, має меншу щільність. Частинки розплаву, які охололи на вільній поверхні, як щіль­ніші (а значить - важчі), направляються під дією відцентрових сил у радіаль­ному напрямку до стінок виливниці і переміщуються у більш гарячому і лег­кому розплаві, який витіс­няється на вільну поверхню.

Таким чином, при кристалізації розплаву в формі, яка обертається, у радіальному напрямку безперервно проходить конвенція. Вільна поверх­ня збагачується гарячим розплавом, що запобігає затвердінню його на цій поверхні. Тому саме вона до остан­нього моменту затвердіння залишається рідкого і живить виливок. Частинки, які стали важчими у полі відцентрових сил у десятки разів, переміщуються до фронту кристалі­зації і живлять міжкристалічні пустоти, які утворюються при твердінні. Тому виливки дуже щільні, а немета­леві та газові включення, легші від частинок металу, виносяться на внутрішню вільну поверхню.

Проте іноді відцентрові сили можуть мати й шкідливу дію. Наприклад, при криста­лізації заевтектичного силуміну (який містить більше 12% кремнію) спочатку виділяю­ться кристали чистого кремнію, який легший алюмінію, і вони відцентровою силою відтісняються до вільної по­верхні виливки. Тому на ній утворюється тверда кірка, зба­гачена кремнієм, а в середніх шарах - усадочні порожнини.

Вартість циліндричних виливок при відцентровому литті на 20…30 відсотків нижча, продуктивність праці вища, а умови ро­боти кращі, ніж при литті в піщано-глиняні форми. Відцентровим способом отримують майже 90 відсотків чавунних труб, великі за­готовки з легованих сталей для прокатування труб, втулки з ан­тифрикційних сплавів, гільзи ав­томобільних і тракторних двигунів з ле­гованого чавуна.