Современное машиностроение с каждым годом предъявляет новые требования к изготовлению деталей из сплавов металлов, к их эксплуатационным свойствам, геометрическим параметрам, качеству поверхности. Изобретение центробежной литейной машины причисляется к литейному производству, одним из основных направлений которого является создание деталей на основе литых валков.
Как известно, в производстве литьем называется технологический процесс изготовления заготовки или готовой детали. Существует несколько разновидностей специальных видов литья, однако для изготовления труб различного назначения (водопроводных, канализационных и т.п.), втулок, гильз, венцов червячных колес, барабанов для бумагоделательных машин, роторов электродвигателей и многих других литых заготовок, чаще всего используют метод центробежного литья. Помимо этого, благодаря современным технологическим схемам и инновационным разработкам, центробежным методом литья стало возможно получать заготовки различного фасонного профиля (звездочки, зубчатые колеса, турбинные диски с лопатками, детали арматуры).
В отличие от всех иных методов литья, когда расплав заливается в неподвижную форму, центробежное литье представляет собой процесс, в ходе которого жидкий металл заливается во вращающуюся литейную форму. Под воздействием центробежной силы расплавленный металл оттесняется к стенкам формы, равномерно распределяясь там и затвердевая. Так получается прочная, имеющая хорошую плотность отливка, которая всегда имеет форму тела вращения.
Классификация центробежных литейных машин
Являясь основным технологическим оборудованием в литейном производстве, центробежная литейная машина имеет две разновидности – вертикальную и горизонтальную. Производство втулок, звёздочек, колёс, деталей арматуры и многого другого базируется на вращении, которое создаётся при помощи подключения к электросети. Метод литья позаимствован из зубоврачебной и ювелирной техники, как очень продуктивный – например, при производстве ювелирных украшений за одну такую заливку можно сделать 50 колец.
Для того чтобы изготовить отливку диаметр которой меньше ее длины (к таким деталям относятся трубы, гильзы или втулки) используют машину с горизонтальной или наклонной осью вращения. Вертикальная центробежная машина используется для литья более сложных заготовок, имеющих внутренние полости. Также машинки с вертикальной осью вращения применяются для литья деталей, чей диаметр значительно превышает их высоту (колеса, шестерни и т.п.).
В то же время, у вертикальной центробежной литейной машины может быть центральная или смещенная ось вращения. В первом случае ось вращения формы и ось вращения отливки совпадает. Во втором случае изложница вращается относительно оси, размещенной на определенном расстоянии от рабочей формы.
Горизонтальная центробежная машина производится в нескольких вариантах: двуопорная, консольная, роликовая. У двуопорной горизонтальной машины форма закрепляется с обеих сторон. У консольной изложница прикрепляется консольно, то есть с одной стороны. У роликовой горизонтальной центробежной литейной машины изложница вращается, опираясь на ролики.
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.
По своей сложности все данные приборы можно разделить на: 1) однопозиционные (карусельные) машины; 2) двухпозиционные; 3) многопозиционные (так называемые, карусельные машины).
Различают машины для литья автоматические и полуавтоматы, с многообразием размеров для отливок, предназначенные для разных сплавов – чугуна, бронзы, меди и других металлов, мощностью от 7,5 до 250 кВт, габаритных размеров от 2565х1700х1200 до 10500х10300х6080 мм, массой от 3300 до 60000 кг. В каждую разновидность таких машин можно заливать в час от 5 до 165 заливок.
Что такое центробежное литье
Металлические формы для центробежного литья называют кокилями, или изложницами. Центробежный способ применяют также для заливки в разовые формы титановых, бронзовых, чугунных, стальных и других сплавов.
При данном способе литья сплав заливают в подогретую вращающуюся форму (рис. 1). Он начинает вращаться под действием центробежных сил и затвердевает. Еще горячую отливку извлекают из формы, форму охлаждают до оптимальной температуры (200. . .300 °С), на ее рабочую поверхность наносят теплоизоляционное покрытие, и процесс повторяется.
Рис. 1. Схемы центробежного литья
Возможны три схемы центробежного литья. При любой схеме ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной или наклонной.
Наиболее широко распространена схема I. По ней получают полые цилиндрические отливки без стержней. Машины с горизонтальной осью вращения (рис. 1, а) применяют для отливки длинных тел вращения: длина в 3 раза больше, чем диаметр. Свободная поверхность отливки представляет собой цилиндр. Свободной поверхностью отливки называется поверхность, которая не контактирует со стенками литейной формы, а только с воздухом.
На машинах с вертикальной осью вращения (рис. 1, б) получают короткие тела вращения из-за разностенности по высоте отливки. Свободная поверхность — параболоид. Разностенность тем больше, чем выше отливка.
Схемы II и III, при реализации которых нет свободной поверхности, применяют реже, в них центробежные силы используют для повышения плотности отливок или улучшения заполнения тонкостенных отливок.
Центробежный способ литья по схеме I позволяет использовать вместо антипригарных красок для покрытия стенок формы сыпучие сухие без связующих огнеупорные теплоизоляционные покрытия форм. Поэтому перед заливкой во вращающуюся форму вводят песок, который центробежными силами распределяется по рабочей поверхности равномерным слоем.
Скорость вращения формы выбирают из условий получения отливки правильной геометрической формы и создания центробежных сил, необходимых для оптимального процесса затвердевания отливки. Наименьшим будет число оборотов, при котором нет дождевания — отрыва капель металла от потока и их падения, т. е. центробежная сила на свободной поверхности несколько больше силы тяжести.
Рис. 2. Схема получения чугунной трубы центробежным способом: а — исходное положение; б — заливка чугуна; в — окончание заливки; г — извлечение отливки и возвращение машины в исходное положение.
На рис. 2 показан процесс отливки труб. В исходном положении (рис. 2, а) заливочный лоток 4 введен в самую дальнюю часть изложницы 2, которая установлена на роликах внутри защитного кожуха 3 и приводится во вращение от привода 1. После того как металл из раздаточного ковша 5 по лотку 4 заполнит самую низко расположенную часть изложницы 2 (рис. 2, б), она с помощью тележки вместе с приводом смещается влево и металл попадает в другую ее часть. Так продолжается до полного заполнения (рис. 2, в, г).
Центробежным способом изготовляют крупные отливки из легированных сталей для прокатки труб, втулки и венцы из антифрикционных сплавов, мелющие тела из белого чугуна, гильзы (автомобильных и тракторных двигателей) из легированного чугуна, напорные и сливные чугунные трубы, гребные винты (по схеме II, рис. 1), детали из жаропрочных и титановых сплавов.
Рис. 3. Вертикальная машина центробежного литья ЦБМ-05
Технические характеристики, принцип работы центробежных литейных машин
По назначению центробежная литейная машина имеет такие разновидности:
1. Машина однороторная. Предназначена для отлива мелющих чугунных шаров и колец для подшипников. Имеет горизонтальную ось вращения кокиля. Принцип работы — в следующем:
1) кокиль разогревается с помощью газовых горелок; 2) половинки кокиля покрываются теплоизоляционной краской и просушиваются; 3) половинки кокиля смыкаются; 4) лоток с материалом для отлива помещается в кокиль, потом заливается строго дозированная порция металла; 5) выводим лоток из кокиля, кокиль же продолжает вращаться, пока масса не затвердеет полностью; 6) когда прекратится движение центрифуги, из переднего кокиля нужно извлечь куст отливок; 7) половинки кокиля вытираются и окрашиваются, далее весь цикл повторяется.
2. Машина двухроторная центробежная, модель 4986. Работает центробежная литейная машина в режиме полуавтомат, заливка жидкого металла помещается вручную в изложницу — металлическую форму.
Машина имеет:
1) пневматическую систему выталкивания отливки из изложницы в лоток приёма обработанного материала; 2) вращение изложницы основано на трёхступенном клиноременном способе передачи привода; 3) автоматический подвод, отвод приёмного лотка; 4) водяное охлаждение корпуса; 5) съёмные вкладыши для отлива.
3. Специальная кокильная поворотная машина. Предназначена для отлития крупногабаритных, протяжённых деталей при помощи самозаполнения. Для отлития применяют алюминиевый сплав. Управляется центробежная литейная машина при помощи электричества, режимы работы – наладочный и полуавтоматический. Рекомендовано такое оборудование для поставки в литейные цеха мелкосерийного и крупносерийного массового производства отливок.
Материаловед
Центробежное литье – это способ формирования отливок под действием центробежных сил при свободной заливке металла во вращающиеся формы. Центробежным способом получают отливки из чугуна, стали, сплавов на основе меди, алюминия, цинка, магния, титана и др.
Формирование отливки осуществляется под действием центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок.
Центробежное литье осуществляют на центробежных машинах с горизонтальной и вертикальной осями вращения в металлических, песчаных, оболочковых формах и формах для литья по выплавляемым моделям.
Центробежным литьем изготавливают отливки из чугуна, стали, сплавов титана, алюминия, магния и цинка (трубы, втулки, кольца, подшипники качения, бандажи железнодорожных и трамвайных вагонов).
Масса отливок – от нескольких килограммов до 45 тонн. Толщина стенок от нескольких миллиметров до 350 мм. Центробежным литьем можно получить тонкостенные отливки из сплавов с низкой текучестью, что невозможно сделать при других способах литья.
Металлические формы изложницы изготовляют из чугуна и стали. Толщина изложницы в 1,5…2 раза больше толщины отливки. В процессе литья изложницы снаружи охлаждают водой или воздухом.
На рабочую поверхность изложницы наносят теплозащитные покрытия для увеличения срока их службы. Перед работой изложницы нагревают до 200 ºC.
При получении отливок типа тел вращения большой длины (трубы, втулки) на машинах с горизонтальной осью (рис. 6.1) вращения изложницу 1 устанавливают на опорные ролики и закрывают кожухом 2. Изложница приводится в движение электродвигателем. Расплавленный металл из ковша 4 заливают через желоб 3, который в процессе заливки металла перемещается, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Для образования раструба трубы используют песчаный или оболочковый стержень. После затвердевания металла готовую отливку извлекают специальным приспособлением 6.
При получении отливок на машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси (рис. 6.2) металл из ковша 4 заливают во вращающуюся форму 1, укрепленную на шпинделе, который вращается от электродвигателя.
Под действием центробежных сил металл прижимается к боковой стенке изложницы. Литейная форма вращается до полного затвердевания отливки. После остановки формы отливка 5 извлекается.
Отливки, полученные на машине с вертикальной осью вращения, имеют разностенность по высоте – более толстое сечение в нижней части. Применяют для получения отливок небольшой высоты – коротких втулок, колец, фланцев.
Недостатки центробежного литья: наличие усадочной пористости, ликватов и неметаллических включений на внутренних поверхностях; возможность появления дефектов в виде продольных и поперечных трещин, газовых пузырей.
Преимущества центробежного литья: получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней, экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы, возможность получения двухслойных заготовок, что получается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь – чугун, чугун – бронза).
Для изготовления фасонных отливок центробежный способ применяется сравнительно редко, за исключением литья тонкостенных деталей из титановых сплавов.
На рис. 6.3 показана схема изготовления фасонных отливок центробежным способом в металлических (а) и песчаных (б) формах.
Используют автоматические и многопозиционные карусельные машины с управлением от ЭВМ.
Для центробежного литья применяются машины с горизонтальной (рис. 6.1) и вертикальной (рис.6.2) осями вращения.
Рис. 6.1. Машина для центробежного литья с горизонтальной осью вращения
Рис. 6.2. Машина для центорбежного литья с вертикальной осью вращения
Рис. 6.3. Изготовление фасонных отливок центробежным литьем
Изготовление фасонных отливок центробежным литьем: а — металлическая форма; б — песчаная форма; 1 — стояк; 2 — металлическая форма; 8,4,7 — стержни; 5 — нижняя полуформа; 6 — верхняя полуформа
На рис. 6.3 показана схема изготовления фасонных отливок центробежным способом в металлических (а) и песчаных (б) формах. Посмотрите учебный фильм «Центробежное литье».
Удачного просмотра!
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.
Стоимость центробежной литейной машины, если разобраться, не так уж велика, учитывая прекрасную функциональность, высокую производительность, отличное качество, лёгкость в эксплуатации.
