Центрифуга для литья металлов

Центробежное литье алюминия

Центрифуга для литья металлов

Центробежное литье

Категория:

Литейное производство

Центробежное литье

Металлические формы для центробежного литья называют кокилями или изложницами. Центробежный способ применяют также для заливки в разовые формы, например, титановых, бронзовых, чугунных, стальных и других сплавов.

Рис. 1. Схемы центробежного литья

При литье в металлическую форму сплав заливают в подогрело вращающуюся форму. Он начинает вращаться под действием центробежных сил и затвердевает.

Возможны три схемы центробежного литья.

При любой схеме ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной, наклонной.

Первая схема — наиболее распространена. По этой схеме получают полые цилиндрические отливки без стержней.

На машинах с вертикальной осью получают короткие тела вращения из-за разностенности по высоте отливки. Свободная поверхность — параболоид. Разностенность тем больше, чем выше отливка.

Вторую и третью схемы, при которых нет свободной поверхности, применяют реже, когда центробежные силы используют для повышения плотности отливок или улучшения заполнения тонкостенных отливок.

Особенности центробежного литья. Первая особенность. Распределившись под действием центробежных сил в виде полого цилиндра, металл охлаждается с двух сторон: с наружной — отдает тепло форме, со свободной поверхности — излучает в воздух. В средних слоях металл остается наиболее горячим и, следовательно, имеет меньшую плотность.

Охлажденные на свободной поверхности частицы металла, как более тяжелые, имеющие большую плотность под воздействием центробежных сил устремляются в радиальном направлении к стенкам формы и перемещаются в более горячем и легком металле. Горячий металл вытесняется на свободную поверхность из глубинных слоев тонущими частицами, которые могут быть жидкими, но более холодными.

Таким образом при затвердевании металла во вращающейся форме в радиальном направлении непрерывно происходит конвекция. Свободная поверхность обогащается горячим металлом из глубинных слоев отливки, что предотвращает затвердевание на свободной поверхности. Затвердевание идет строго направленно. Свободная поверхность может до последнего момента оставаться жидкой и питать отливку.

Гравитационный коэффициент показывает, во сколько раз тяжелее становится сплав при его вращении.

Утяжеление частиц сплава является второй, самой характерной особенностью центробежного литья, способствующей получению плотных отливок.

В процессе питания отливки при затвердевании в неподвижной форме при обычном литье перемещение маточного раствора по капиллярам происходит под действием сил земного притяжения, атмосферного давления и капиллярных сил. Эти силы часто оказываются недостаточными и отливки получаются пористыми.

При центробежном литье к отмеченным силам добавляется в десятки раз большая центробежная сила. Частицы жидкого металла перемещаются к периферии, утяжеленные в десятки раз, и заполняют непрерывно образующиеся при затвердевании межкристаллические пустоты.

Центробежные силы создают условия не только строго направленного затвердевания отливки (первая особенность), но и многократно усиленного питания жидким металлом затвердевающего слоя. А это, как известно, главные условия получения плотных беспористых отливок.

Третья особенность. Неметаллические и газовые включения при обычном литье всплывают благодаря разности плотностей металла и включений. Они всплывают медленно и мало вероятно, чтобы могли полностью выделиться, так как на своем пути встречают затвердевающий сплав.

При центробежном литье свободная поверхность затвердевает последней, благодаря чему включения беспрепятственно выносятся на внутреннюю свободную поверхность. Отливки получаются с меньшим количеством неметаллических включений.

Приведенные процессы, происходящие при кристаллизации отливки во вращающейся форме, характерны для большинства сплавов. Более горячая жидкость выходит на свободную поверхность потому, что она легче. Результат — последовательное затвердевание. Однако имеются исключения из этого общего правила, когда Центробежные силы могут оказывать вредное действие.

https://www..com/watch?v=AeZw0u7dPBE

Исключение первое. Жидкость гетерогенная, например, расплав свинцовой бронзы представляет собой эмульсию. Во вращающейся форме свинец центробежными силами отбрасывается к периферии, а медь, как более легкая, вытесняется к свободной поверхности.

Ликвация может проявиться настолько сильно, что внутренняя часть отливки окажется медной.

Предупредить это вредное явление можно усилением охлаждения отливки снаружи и одновременно снижением до возможного минимума скорости вращения формы — уменьшением К.

Исключение второе. Выпадающая твердая фаза легче жидкости, например, заэвтектический силумин, содержащий больше 12% кремния. В начале затвердевания такого сплава выделяются кристаллы чистого кремния, которые легче алюминия, и они центробежной силой оттесняются к свободной поверхности отливки, на которой образуется твердая корка. Она образуется с двух сторон отливки. К концу затвердевания в средних слоях будут усадочные пустоты.

В этом случае повышение скорости вращения формы, т.е. увеличение центробежной силы, будет способствовать только ухудшению качества отливки.

Центробежный способ литья по первой схеме позволяет использовать вместо красок сыпучие, сухие, без связующих огнеупорные теплоизоляционные покрытия форм для регулирования интенсивности затвердевания отливок и снижения температуры контактного слоя формы.

Перед заливкой во вращающуюся форму, на всю ее длину вводят лоток с песком. Поворотом лотка на 90° песок высыпают; он центробежными силами распределяется по рабочей поверхности слоем равномерной толщины и служит термическим сопротивлением.

Скорость вращения формы. Необходимое число оборотов выбирают из условий:1) получения отливки с правильной геометрической формой, например, цилиндрической, по первой схеме;

2) создания центробежных сил, необходимых для оптимального процесса затвердевания отливки, т.е. получения плотных отливок.

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

Читайте также  Полиэтилен для литья под давлением

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 Н-й схеме), детали из жаропрочных и титановых сплавов (по 111-й схеме) и др. В качестве одного из примеров рассмотрим литье труб.

Литье труб. Способ получения труб в разовых формах вытесняется центробежным способом литья в стальные водоохлаждаемые формы. На рис. 121 приведены схема машины и процесс получения трубы.

Электродвигатель через передачу вращает форму, помещенную в наполненный циркулирующей водой кожух 3. Машина может перемещаться при помощи катков. Заливочный желоб неподвижен. В мерный ковш заливают чугун. Заливку начинают при крайнем правом положении машины (рис.

122, а), которая затем перемещается влево (рис. 121, б), занимая к концу заливки крайнее левое положение (рис. 121, в).

При возвращении машины в исходное положение специальные клещи извлекают горячую трубу, которую направляют в печь для термической обработки. Производительность машины 40-50 труб в час при внутреннем диаметре труб 200-300 мм.

Известна другая схема машин, отличающаяся тем, что перемещается заливочный желоб с ковшом, а машина не имеет возвратно-поступательного движения.

Чугунные трубы, изготовляемые в металлических формах, имеют отбеленный на глубину до 3 мм хрупкий твердый наружный слой; остаточные термические напряжения в них могут достигать половины (и более) предела прочности металла, поэтому обязательна термическая обработка труб.

При термической обработке — отжиге цементит распадается на перлит, феррит и графит и наряду с этим снимаются внутренние напряжения. Длительность отжига 40-60 мин.

Центробежным литьем получают высококачественные чугунные трубы, выдерживающие гидравлические испытания до 50 am. Сейчас для изготовления труб также используют полунепрерывный способ литья. Он несколько экономичнее центробежного способа для крупных труб диаметром более 400 мм.

При центробежной отливке металл заливают в форму, вращающуюся вокруг вертикальной или горизонтальной оси, в результате чего жидкий металл оттесняется центробежной силой к стенкам формы, наиболее удаленным от центра.

Рис. 1. Форма для отливки прокатного валка

Металл, отлитый под давлением, имеет мелкозернистую структуру вследствие быстрого охлаждения в стальной форме, поэтому прочность деталей, полученных отливкой под давлением, всегда выше прочности деталей, отлитых в песчаные формы.

https://www..com/watch?v=krd6wnS-ytg

Литье под давлением в настоящее время широко применяется в массовом производстве для получения деталей небольшого веса из сплавов цветных металлов на основе меди, алюминия, цинка, магния, свинца и олова. Ведутся опыты по получению чугунных и стальных отливок под и т На рис. 2 приведена форма для литья под давлением.

Неподвижная часть и подвижная часть формы составляют полость, соответствующую отливке. Стержень служит для образования отверстия. Жидкий металл поступает д форму под давлением через мундштук. Затвердевание отливки длится несколько секунд, после чего форма разнимается и готовая отливка выталкивается из формы толкателями.

Рис. 2. Форма для литья под давлением. давлением

Рис. 3. Поршневая машина с горячей камерой для литья под давлением

В зависимости от положения отверстий стержни могут располагаться как в неподвижной, так и в подвижной части формы.

Форма конструируется с таким расчетом, чтобы при разъеме отливка задерживалась в подвижной части ее, в которой располагаются толкатели.

Литье под давлением производится в машинах поршневых и компрессорных с горячей и холодной камерой.

В поршневых машинах с горячей камерой металл в форму подается под давлением поршня через мундштук. Расплавленный металл заливают в тигель, который подогревается с помощью горелки 6. Из тигля в цилиндр 5 металл поступает через отверстие. Величина давления при литье колеблется от 20 до 70 кг/см2.

Поршневые машины с горячей камерой применяются для литья сплавов с невысокой температурой плавления (свинцовых, оловянных и цинковых).

При литье более тугоплавких сплавов (медных, алюминиевых) между стенками цилиндра и поршнем образуются настыли, вызывающие остановки машины. Для таких сплавов применяются поршневые машины с холодной камерой, в которую заливается дозированное количество жидкого металла из отдельной печи, после чего производится прессование.

Компрессорные машины применяются, главным образом, для литья под давлением алюминиевых сплавов. В них давление на металл производится сжатым воздухом. Расплавленный металл из ванны через отверстие вводится в черпак.

Для заполнения формы черпак поворачивается так, что отверстие оказывается закрытым пробкой, а мундштук входит в литник формы. После этого через отверстие черпака поступает сжатый воздух, который выталкивает металл в форму.

Реклама:

Стойкость металлических форм

Источник: http://pereosnastka.ru/articles/tsentrobezhnoe-lite

Отливка

Отливка — продукция, полученная способом заливки жидкого сплава в литейные формы, в которых, после охлаждения и затвердения, происходит формирование. Она может быть полностью законченным изделием либо требовать дальнейшей механической обработки.

Подразделяется на следующие виды:

  • полуфабрикаты – это чушки, которые в дальнейшем требуют прохождения процесса переработки;
  • слитки, обработка которых проводится давлениям;
  • фасонные отливки – обрабатываются с помощью резания;
  • готовая продукция, которая не требует никакой механической обработки, только очищается либо окрашивается декоративной краской.

Для получения отливок используется множество разновидностей металла и сплавов, стекло, пластмасса, воск и другой исходный материал. Около 80% заготовок получаются методом литья в песчаные формы, но полученная таким образом отливка перед отправкой заказчику требует обязательной обработки.

Читайте также  Печь для литья бронзы

Источник: https://varimtutru.com/tsentrobezhnoe-lite-alyuminiya/

Центробежное литье металлов

Центрифуга для литья металлов

Центробежное литье. Этот метод, заимствованный из зубоврачебной техники, уже много десятилетий используется и в ювелирном деле. Каждое ювелирное предприятие должно использовать этот метод литья. Производство оригинальных восковых моделей и сам процесс получения по ним металлических образцов при этом виде литья открывают широкие возможности для получения высокохудожественных ювелирных изделий любой сложности. Так, например, новые центробежные литейные машины отливают 50 колец за одну заливку.

Метод центробежного литья имеет следующие преимущества:

1) возможность получения отливок по моделям любой сложной формы сравнительно простым способом;

2) значительное снижение возможности образования усадочных раковин;

3) уменьшение расхода металла из-за отсутствия прибылей, потребность в которых отпадает.

Ручное центробежное литье по выплавляемой восковой модели . Рассмотрим пример отливки массивного слона высотой 30 мм (рис. 1).

Рис. 1. Элементы формы для центробежного литья:
а — опока с отверстиями; б — восковая модель; в — проволочный каркас

Изготовление модели. Сначала делают проволочный каркас восковой модели из того же материала, который используется для литья. Вокруг этого каркаса лепят из воска модель. Для моделирования можно применять красный или голубой воск, используемый в зубоврачебной технике. Воск нагревают, и с помощью подогретого металлического шпателя производят лепку модели. Готовую модель выглаживают шабером. Для выглаживания можно очень быстро пронести модель через пламя. При этом она слегка оплавляется, и выглаживание производится легко и быстро.

Для уменьшения усадки при изготовлении таких больших изделий, как данная модель, рекомендуется использовать литейные штифты из латунной или медной проволоки диаметром от 1 до 1,5 мм и длиной от 10 до 20 мм и небольшие шаровые прибыли. Штифты нагревают и вводят в восковую модель на несколько миллиметров. На расстоянии 3-4 мм от модели на штифты насаживают восковые шарики (отделяемые прибыли). Сечение литниковых каналов, образуемых штифтами, можно увеличить, покрыв штифты воском. После выплавления воска из формы литейные штифты удаляют, а полости, образованные шариками, выполняют роль прибылей при усадке металла.

Кроме того, по каналам, образованным литейными штифтами, удаляются газы и тем самым уменьшается возможность образования пор.

Четыре ноги слона удлиняются восковыми штифтами, сходящимися в восковом шаре. Эти штифты и шар выполняют ту же роль, что и литейные штифты.

Формовка. Готовую модель обезжиривают погружением в спирт для того, чтобы формовочная масса плотно прилегала к модели. Из воска изготавливается и сферическая стойка, в которую вдавливаются литьевые штифты, как это показано на рис. 1, б. Расстояние между моделью и стойкой должно быть по возможности коротким, чтобы расплаву не было необходимости проделывать столь долгий путь. Модель, кроме того, должна быть так размещена, чтобы все части ее располагались в направлении литья.

В качестве формовочной массы применяют препараты, используемые в зубоврачебной технике. Формовочную массу разводят в дистиллированной воде, тщательно размешивают и вакуумированием удаляют из нее воздух. Формовочная масса должна быть жидкотекучей, сметанообразной, без комочков. Мягкой кисточкой наносят ее на модель. При этом на ней не должно появляться пузырьков воздуха.

Этот первый слой припудривается, что препятствует обезвоживанию и предотвращает образование трещин при высыхании формы. По истечении 2-3 мин наносят еще слой формовочной массы и это продолжают до тех пор, пока восковую модель не покроет слой толщиной около 5 мм. Подготовленную таким образом модель помещают в опоку и заливают формовочной массой. Поверхность опоки имеет множество отверстий, благодаря которым быстрее происходит высыхание массы.

При заполнении ее следует обернуть бумагой, чтобы формовочная масса не вытекала. Расстояние менаду моделью и стенкой опоки должно быть около 10 мм; до основания формы — 15 мм.

Сушка и прокаливание. Готовую форму не следует оставлять надолго бездействующей. Когда формовочная масса схватилась, восковую полусферу и литьевые штифты удаляют. При сушке и вытапливании восковой модели форму устанавливают в нормальной печи или в печи для эмалирования при низкой температуре так, чтобы отверстие было направлено вниз и воск мог вытекать. После медленной просушки формы производят ее прокаливание. Нагрев при прокаливании должен осуществляться медленно, в противном случае форма может разрушиться. Температуру нагрева при этом повышают до тех пор, пока литниковые каналы не будут накалены до вишнево-красного цвета.

Заливка. Нагретую форму помещают на тарелке центрифуги, и производят заливку металла, который должен быть расплавлен с небольшим количеством буры. Для ювелиров, редко имеющих дело с центробежным литьем, наиболее доступной является настольная центрифуга (рис. 2). Конструкция ее настолько проста, что ее легко можно изготовить самостоятельно. При литье изделий большого размера, к которым относится и приведенный пример, на другую тарелку ставят соответствующий противовес.

Сразу же после заливки формы натягивают шнур, и труба, на которой крепится коромысло с тарелкой, начинает вращаться с большой скоростью вокруг неподвижной оси. Преимущество этого способа заключается в простоте обслуживания, большой скорости вращения и безопасности. После нескольких тренировок того же успеха можно достичь и с ручной центрифугой (рис. 3), хотя в этом случае результат зачастую зависит от субъективных причин, а опасность получения дефектов литья возрастает.

Читайте также  Литье алюминия в цемент

Рис. 3. Ручная центрифуга

Литье на центробежных машинах. Рассмотрим процесс получения на центробежной машине литых медалей с двусторонним рельефом (рис. 4). Для получения восковой модели потребуется изготовить резиновую пресс-форму.

Изготовление эталона модели. Так как вулканизация резины происходит при повышенной температуре, то эталон (образец) модели нельзя изготавливать из дерева, пластмассы или легкоплавких металлов. Кроме того, при вулканизации резины выделяется небольшое количество азотной кислоты, поэтому эталон не следует изготовлять из серебра и его сплавов, а также из сплавов золота 333 пробы.

Для изготовления эталона модели очень хорошо подходит сплав золота 585 пробы, особенно если поверхность его покрыта родием. Поверхность эталона необходимо тщательно обработать и отполировать. Лучше затратить несколько лишних минут на обработку этого образца, чем потом терять часы при последующей чистовой обработке партии отливок.

В заключение следует обратить внимание на то, что отливка из-за усадки металла получается несколько меньшей и еще дополнительно уменьшается в размерах при обязательной чистовой обработке. Поэтому эталон должен иметь несколько большие размеры, чем готовая модель.

Рис. 4. Схема процесса получения изделий центробежным литьем

Изготовление эластичной пресс-формы. Для этой цели необходима опока, подобная литейной при литье в песчаные формы, с направляющими штифтами. Литьевое отверстие необязательно. Опока с направляющими штифтами укладывается на гладкую опорную плиту основанием вниз, например стеклянную, и заполняется пластилином, в который вдавливают до половины эталон модели (рис. 4, 1, 2). Устанавливают вторую опоку и заполняют ее раствором гипса.

После затвердевания гипса форму переворачивают, пластилин удаляют, а эталон остается в гипсовой форме. В гипсе делают несколько углублений, которые позднее должны стать направляющими выступами резиновой формы. Сырую резину разрезают на мелкие кусочки, которыми наполняют верхнюю половину формы (рис. 4, 3). Опоки зажимают между двумя стальными пластинами, перекрывающими стенки опок.

Резину вулканизируют в течение 30 мин при температуре 150° С в газовой печи или лучше на специальном прессе с двумя подогреваемыми электрическим током плитами (рис. 4, 4, 5). Гипс разбивают, извлекают и хорошо очищают модель и резиновую полуформу. Теперь готовую резиновую полуформу изолируют тальком, и заполняют кусочками сырой резины вторую половину формы, после чего опока укладывается так, что готовая резиновая полуформа находится внизу.

Производят вулканизацию резины второй полуформы и получают обе части резиновой пресс-формы (рис. 4, 6). Остается только разъединить части формы друг от друга, отделить их от опок и извлечь модель (рис. 4, 7). После этого прорезают литниковый канал.

Преимущество эластичных резиновых пресс-форм заключается в простоте их изготовления, в легком извлечении из них восковых моделей и в их долговечности.
К недостаткам следует отнести невозможность изготовления спиралевидных полостей и получения очень тонких сечений. Толщина стенки отливки не должна быть меньше 0,4 мм, так как при запрессовке воска форма должна быть зажата и поэтому стенки полуформ могут соединиться вплотную.

Другие методы изготовления эластичных пресс-форм. При изготовлении пресс-форм для простой модели достаточно поместить ее эталон между двумя резиновыми пластинами соответствующей толщины и вулканизировать их под прессом. Эталон вдавливается в размягченную резиновую массу. Недостаток этого метода заключается в том, что обе резиновые пластины и пресс-форму необходимо разрезать, чтобы извлечь эталон и отлить затем восковую модель
В ФРГ изготавливается специальная резиновая формовочная паста, в которую можно легко заформовать металлическую модель. Эта паста затвердевает в холодном состоянии без вулканизации.

Получение восковых моделей. Для заливки воском резиновых пресс-форм применяется восковой инжектор (рис. 4, 8). В бачке находится расплавленный воск, постоянная температура которого поддерживается с помощью электронагрева.

Необходимое давление в бачке создается сжатым воздухом, последний выпрессовывает воск через штуцер в литниковый канал пресс-формы. Жидкий воск можно ввести в форму центробежным методом, используя для этого металлическую центрифугу.

При этом стенки резиновой пресс-формы перед каждым заполнением воском должны изолироваться эвкалиптовым маслом или смесью, состоящей из одной части воды и одной части глицерина.

Подготовка формы и заливка. Как схематично изображено на рис. 4, 9, готовые восковые модели размещаются вокруг воскового стояка, с которым они соединяются с помощью восковых штифтов. напаивают на восковой цоколь и устанавливают на резиновом основании, поперечное сечение которого видно на этом же рисунке.

Далее блок восковых моделей обрабатывают так же, как это было описано выше: обезжиривают, покрывают кисточкой формовочной массой, помещают в цилиндрическую опоку и заливают ее провакуумированной формовочной массой. После затвердевания формовочной массы опоку помещают в муфельную печь (рис. 4, 10) и в течение часа при 200° С выплавляют воск. Затем температуру повышают до 1000° С и выдерживают форму при этой температуре еще 15 мин.

После этого ее вынимают из печи, помещают в центробежную машину (рис. 4, 11) и производят заливку. Готовый блок отлитых медалей с литниками, полученный после выбивки опоки, показан на рис. 4, 12.

По материалам книги 'Теория и практика ювелирного дела', 1975 год

Следующая статья >>

Источник: https://m.shipmodeling.ru/tooling/spuncasting