Центробежное литье

Центробежным литьем называют способ изготовления отливок, при котором залитый в форму расплав подвергается воздействию центробежных сил. Центробежные силы возникают в расплаве при заливке его во вращающуюся форму или в результате приведения во вращательное движение уже заполненной металлом формы (метод центрифугирования). Обычно расплав подвергается воздействию центробежных сил как в период заполнения формы, так и кристаллизации вплоть до полного затвердевания отливки.

При центробежном литье каждая частица залитого во вращающуюся форму расплава испытывает действие силы тяжести Pт — mg и центробежной силы Рц.б. — = mω2r, где m — масса частицы; g — ускорение свободного падения; ω — угловая скорость вращения формы; г — радиус вращения частицы (расстояние ее от оси вращения). Центробежная сила, действующая со стороны частицы т на соседние, направлена радиально от оси вращения и представляет собой дополнительную силу тяжести, возникающей во вращаемой материальной частице. При центробежном литье эта сила в несколько раз больше силы тяжести. Отношение Рц.б./Рт = mω2r/mg = K, показывающее, во сколько раз центробежная сила превышает силу тяжести, называется гравитационным коэффициентом К (коэффициентом утяжеления), характеризующим изменение физических условий при центробежном литье по сравнению с литьем под действием гравитационных сил.

Под действием центробежной силы возникают гидродинамические и гидростатические явления, определяющие особые условия заполнения формы, охлаждения и кристаллизации металла: изменяются движение конвекционных потоков, геометрия свободной поверхности расплава, величина и распределение давления в нем и на стенки литейной формы, скорость течения расплава в каналах литниковой системы. Возрастают силы, действующие на содержащиеся в расплаве шлаковые, газовые и другие включения, изменяются скорость и траектория их всплывания, а также условия охлаждения отливок, их кристаллизации, фильтрации жидкой фазы в затвердевающем слое и питания отливок.

В результате проявляются следующие основные достоинства процесса центробежного литья: улучшение заполняемости форм расплавом, возможность получения тонкостенных отливок с четкой проработкой их контуров; улучшение питания отливок, измельчение их структуры, интенсивное очищение расплава от неметаллических включений, следовательно, возрастание механических свойств отливок, их герметичности; возможность литья деталей, имеющих форму тел вращения (труб, втулок и др.), без применения литниковых систем и стержней, а также двухслойных и многослойных деталей типа прокатных валков, труб с сочетанием в одной отливке сплавов с различными свойствами; повышение точности и стабилизация размеров отливок и, следовательно, увеличение коэффициентов использования металла, весовой точности, необрабатываемых поверхностей. Центробежное литье является высокопроизводительным, легко автоматизируемым процессом, обеспечивающим высокие технико-экономические показатели производства (съем с квадратного метра площади цеха, низкий брак отливок и т. д.), благоприятные условия труда.

Различают ряд разновидностей процесса, классифицируемых по положению оси вращения (вертикальное, горизонтальное, наклонное, изменяющееся во время заливки); материалу и методу изготовления формы (металлические, керамические, песчаные, комбинированные); положению полости формы по отношению к оси вращения (ось формы совпадает с осью вращения либо форма находится вне оси вращения); конфигурации отливки (труба, втулка, кольцо, асимметричная деталь) ; материалу отливки.