Технология конструкционных материалов: Учебное пособие по дисциплине «Технологические процессы машиностроительного производства», страница 16

Охлаждение металла в форме и его кристаллизация начинается от стенок изложницы и заканчивается на внутренней свободной поверхности отливки. Направленная кристаллизация обеспечивает получение высокоплотных отливок, свободных от неметаллических включений (шлаков, окислов, газов), которые под действием центробежных сил оттесняются к внутренней поверхности отливки и в дальнейшем удаляются вместе с припуском при механической обработке.

Центробежное литье осуществляется на центробежных литейных машинах. Центробежными литейными машинами называются машины, предназначенные для формирования отливок, осуществляющие вращение литейной формы с целью воздействия на металл центробежных сил в процессе кристаллизации.

В зависимости от положения оси вращения формы применяемые в промышленности центробежные машины подразделяются на две основные группы:

— машины с вертикальной осью вращения;

— машины с горизонтальной осью вращения.

На машинах с вертикальной осью вращения отливают кольца, втулки, заготовки цилиндров, преимущественно незначительные по высоте. На залитый в форму металл действуют две силы: центробежная и сила тяжести. Это приводит к тому, что внутренняя поверхность отливки принимает вид параболоида вращения, вследствие чего верхняя часть стенки отливки получается несколько тоньше, чем нижняя.

Для получения стенок отливки одинаковой толщины по высоте при литье на машинах с вертикальной осью необходимо правильно подобрать число оборотов вращения формы.

Ориентировочно число оборотов формы рассчитывается по следующей зависимости:

,

где     n — число оборотов вращения формы, об/мин;

h — высота отливки, мм;

k — коэффициент, равный: для чугуна —2450…3000, для стали — 3000, для бронзы — 3400.

В ряде случаев в основу получения равностенных отливок как на машинах с вертикальной, так и горизонтальной осью вращения положен расчет угловой скорости вращения формы.

Правильный выбор угловой скорости вращения формы обеспечивает не только формирование геометрических параметров отливки, но и высокое качество структуры, механических свойств, распределения шлаковых включений, газовой и усадочной пористости и ликвации литого металла.

Величина центробежной силы, действующей на металл при вращении формы с числом оборотов п, равна

где     R — величина центробежной силы, Па;

m— масса жидкого металла, кг;

— угловая скорость вращения формы, рад/с.

Угловая скорость определяется по зависимости

где     п — число оборотов вращения формы, об/мин.

Практикой установлено, что для получения отливок разных сплавов в зависимости от их размеров, температуры заливаемого металла и формы отливки, оптимальная угловая скорость вращения формы различна.

Тогда, согласно принципу эквивалентности, воздействие центробежных сил на металл физически тождественно действию сил тяжести соответствующей величины. На этом основании действующие на металл центробежные силы заменяются силами тяжести равной величины и того же направления.

Плотность вращающегося в форме металла в отличие от обычной плотности  называется эффективной плотностью:

где      — плотность металла, г/см³;

q — ускорение свободного падения, см/с²;

r₁— наружный радиус отливки, мм.

Отношение  называется гравитационным коэффициентом. Оно показывает величину утяжеления металла при определенном режиме вращения формы.

Считается, что высокое качество отливок для всех сплавов может быть получено, если величина центробежной силы, действующая на жидкий металл, будет обеспечивать величину эффективной плотности металла, равную          340 г/см³.

Центробежное литье заготовок осуществляется на специальных машинах типа ЦМ-100 с горизонтальной осью вращения изложницы (рис. 8, а).