/
Text
'МОНОГРАФИЯ
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ
ЛИТЬЕ
Инженерные
^Монографии
ПО ЛИТЕЙНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ
С. Б. ЮДИН, М. М. ЛЕВИН.
С. Е. РОЗЕНФЕЛЬД
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ
ЛИТЬЕ
ИЗДАНИЕ 2-Е( ПЕРЕРАБОТАННОЕ
И ДОПОЛНЕННОЕ
Издательство «М АШИ НОС Т Р О Е НИ Е»
Москва 1972
УДК 621.74.042
Юдин С. Б., Л е в и н М. М., Розенфельд С. Е. Цен-
тробежное литье. М., «Машиностроение», 1972, 280 стр.
В книге изложены теоретические основы центробежного
литья. Рассмотрены конкретные технологические процессы из-
готовления отливок из различных сплавов, даны технико-эко-
номические обоснования выбора параметров процесса и опи-
саны конструкции специализированного оборудования.
Во 2-м издании (1-е изд. в 1962 г.) приведены материалы
о новых областях применения центробежного литья, описаны
последние достижения в центробежном литье труб из чугуна
и стали, двухслойных и фасонных изделий.
Книга предназначена для научных и инженерно-техниче-
ских работников литейного производства. Илл. 216. табл. 66,
библ. 127 назв.
Рецензент д-р т&хн. на>к Л. С. Константинов
3-12-2
46-72
ГЛАВА I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О ЦЕНТРОБЕЖНОМ ЛИТЬЕ
СУЩНОСТЬ СПОСОБА
И ЕГО ОСНОВЫ
Центробежное литье является особой разновидностью литейной тех-
нологии. Оно отличается тем, что при заливке металла и его затверде-
вании (в отдельных случаях только при затвердевании) форма с метал-
лом находится во вращении и испытывает действие центробежных сил.
На каждую частицу вращающегося тела действует со стороны сосед-
них частиц сила, препятствующая ей двигаться прямолинейно и назы-
ваемая центростремительной. Сила же, действующая со стороны данной
частицы на соседние, есть центробежная сила, она направлена радиаль-
но от оси вращения:
Р = ты2г, (1)
где т — масса частицы в гс-сек21см\
со2г — ускорение равномерновращающейся частицы в см!сек2.
Согласно известному из физики принципу эквивалентности ускорение
равноценно действию силы тяжести. Центробежная сила и есть та до-
полнительная сила тяжести, которую развивает вращающаяся матери-
альная частица. При центробежном литье эта сила бывает в несколько
раз больше обычной силы тяжести, которая равна mg. Отношение
J^ = -^- = k, (2)
mg g
показывающее, во сколько раз центробежная сила превышает обычную
силу тяжести, называют гравитационным коэффициентом (степенью
перегрузки, коэффициентом утяжеления).
Величина k характеризует изменение физических условий при цент-
робежном литье по сравнению с обычным литьем.
Дополнительная сила тяжести единицы объема вращающегося тела
в дальнейшем обозначается как его условный удельный вес, равный
обычному удельному весу у, умноженному на гравитационный коэффи-
циент:
Уусл = ^- (3)
В некоторых специальных процессах центробежного литья, а также
в период неустановившегося движения при заливке жидкий металл ис-
пытывает действие касательных сил. Под действием центробежных и
касательных сил возникают своеобразные гидростатические и гидроди-
намические явления: изменяется геометрия свободной поверхности жид-
кого металла, величина давления металла и закон распределения дав-
ления в слое, изменяются силы давления на стенки сосуда, возрастают
U‘ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦЕНТРОБЕЖНОМ ЛИТЬЕ
силы, действующие на погруженные в жидкость тела, а отсюда изменя-
ются скорость и траектория всплывания включений, скорость течения
металла в каналах и т. д.
Вместе с тем, кроме весомости, все прочие свойства металла, такие
как плотность, вязкость, поверхностное натяжение, константы затвер-
девания и др., остаются в условиях вращения практически неизменными.
Вращение вызывает специфические условия заполнения формы, охлаж-
дения и кристаллизации центробежных отливок, питания отливок при
усадке, движения конвекционных потоков и т. д., что, в свою очередь,
создает технологические особенности центробежного литья.
Некоторые из них открывают возможности и преимущества, не до-
стигаемые другими способами литья. Центробежным литьем можно из-
готовлять полые цилиндры без применения стержней, двухслойные и
многослойные изделия, в процессе литья можно осуществлять динами-
ческое воздействие на кристаллизацию и структуру отливок, интенсив-
ное очищение отливок от неметаллических включений.
Центробежные стальные отливки по механическим свойствам не
уступают или близки к свойствам поковок, а в ряде случаев превосхо-
дят их. Значительные технико-экономические преимущества центробеж-
ного литья перед ковкой достигаются вследствие экономии металла, элек-
троэнергии, трудозатрат, сокращения капиталовложений и продолжи-
тельности производственного цикла.
Однако центробежное литье имеет и недостатки: требуются специаль-
ные машины; формы должны быть повышенной прочности и герметично-
сти, уравновешены и закрыты ограждениями; требуется дозирование
металла для получения правильного размера внутреннего отверстия от-
ливки; усиливается ликвация компонентов сплавов по плотности.
Области применения и разновидности. Наибольший технико-экономи-
ческий эффект достигается при использовании центробежного литья для
получения тел вращения. К ним относятся трубы различного назначения
из чугуна, стали, цветных металлов, жаростойких и коррозионностойких
сплавов; втулки, гильзы автомобильных и тракторных двигателей, ста-
ционарных и транспортных дизелей; маслоты для поршневых колец,
полые крупногабаритные стальные слитки, кольца подшипников каче-
ния и т. д.
В ряде случаев целесообразно применять центробежное литье и для
получения фасонных деталей: звездочек, турбинных дисков с лопатка-
ми, арматуры, ювелирных изделий и т. д. Большое распространение по-
лучило центробежное литье биметаллических изделий.
На практике используют различные виды центробежного литья, ко-
торые классифицируют по следующим признакам:
I. По расположению отливки относительно оси вращения:
1) центр тяжести отливки находится на оси вращения;
2) отливка находится в стороне от оси вращения.
II. По конфигурации отливки:
1) полые цилиндры;
2) тела вращения с фасонным наружным и гладким внутренний
профилем;
3) тела вращения с фасонным наружным и внутренним профи-
лем;
4) сочетание тела вращения с симметрично расположенными фа-
сонными частями;
5) асимметричные тела.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ 7
III. По расположению оси вращения:
1) вертикальная;
2) горизонтальная;
3) наклонная;
4) с переменным углом наклона.
IV. По материалу формы:
1) металлическая без покрытия;
2) металлическая с покрытием;
3) песчано-глинистая;
4) комбинированная:
5) керамическая;
6) графитовая.
V. По материалу отливок:
1) черные металлы и сплавы;
2) цветные металлы и сплавы;
3) биметаллические;
4) двухслойные из металла и неметаллического материала.
VI. По скорости вращения:
1) постоянная;
2) переменная.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ
СОСТОЯНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Достигнутый уровень техники центробежного литья является резуль-
татом длительного исторического развития. Первый патент на центро-
бежное литье был получен в 1809 г. изобретателем А. Экхертом
(Англия). Он предусматривал литье при вращении формы вокруг гори-
зонтальной или вертикальной оси, а также возможность сложного вра-
щения вокруг двух осей одновременно. Практического применения изо-
бретение А. Экхерта в те времена не нашло. Следующий патент был
получен спустя 40 лет Т. Лоугроу на центробежное литье труб.
Опыты на машине Т. Лоугроу ие дали удовлетворительных результа-
тов и поэтому были прекращены. Столь же неудовлетворительными ока-
зались работы еще некоторых изобретателей середины XIX в.
Помимо совершенной новизны этого способа, большие трудности
возникали вследствие того, что в то время не было экономических и тех-
нических предпосылок, необходимых для развития способа. Известно,
что экономической предпосылкой для развития центробежного литья
является потребность в массовом производстве труб, гильз, втулок и дру-
гих изделий. Между тем надобность в массовом изготовлении труб воз-
никла в конце XIX и начале XX в. в связи с широким строительством
водопровода и канализации. Потребность в производстве втулок, гильз
и подобных изделий возникла лишь в XX в. в связи с развитием авто-
мобильной и тракторной промышленности. Что касается технических
предпосылок, то в первую очередь следует отметить отсутствие в сере-
дине XIX в. удобных двигателей для привода центробежных машин.
Только с появлением в самом конце XIX в. электродвигателей была ус-
пешно решена задача привода центробежных машин. К этому же вре-
мени достигается достаточно высокий технический уровень машиностро-
ения, детали быстроходных машин стали изготовлять с необходимой
точностью.
g ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦЕНТРОБЕЖНОМ ЛИТЬЕ
Развитие центробежного литья труб. Первой отраслью, где утвердил-
ся способ центробежного литья, было производство чугунных водопро-
водных труб.
Трудность при внедрении центробежного литья труб вызвал вопрос о
распределении металла по длине трубы. Для распределения металла
изобретатели и конструкторы предлагали различные варианты устройств.
Например, в желобах, приведенных на рис. 1,с, бив, металл сливается
одновременно по всей длине трубы. В конструкции желоба, приведенного
. на рис. 1,г, место слива пе-
I’X ремещается по длине излож-
/ г! и ницы. Однако ни один из
V \Ф/ у указанных желобов не вы-
держал практической про-
верки.
В 1910 г. Отто Бри де
предложил устройство, ко-
торое окончательно разре-
шило этот вопрос. Литье в
машине Бриде (рис. 2) про-
изводится следующим обра-
зом. Желоб гидравлическим
цилиндром полностью вво-
дится в форму, которая при-
водится во вращение. Ког-
да металл из ковша, распо-
ложенного над желобом, на-
Рис. 1. Желоба для распределения металла при
центробежном литье труб:
а — опрокидывающийся; б — с перегородками; в — с
несколькими сливными ручьями; г — винтообразный
О. Бриде не довел свое изобретение
В 1914 г. бразильский инженер Димитри
чинает сливаться в форму,
желоб перемещается впра-
во и струя металла равно-
мерно покрывает стенки
формы.
до практического применения.
Сенсо де Лаво независимо от
Бриде пришел к идее подвижного желоба и добился успеха в центробеж-
ном литье чугунных труб в металлические изложницы. В дальнейшем
де Лаво продолжал совершенствовать машину: заменил подвижный
желоб подвижной формой, что почти равноценно для равномерного рас-
пределения металла, но представляет конструктивные и технологические
удобства, ввел интенсивное водяное охлаждение формы, разработал ме-
тод удаления готовых труб из формы и т. д.
Начиная с 20-х годов, центробежное литье труб по способу де Лаво
широко применяется во многих странах и успешно конкурирует со ста-
рыми способами литья водопроводных труб в отношении производи-
тельности, качества получаемых труб и расхода металла.
Параллельно с центробежным литьем труб в металлические формы
развивалось литье их в песчано-глинистые формы. Оба способа имеют
свои положительные и отрицательные стороны, которые будут разобрач.
ны ниже. В настоящее время есть заводы, использующие оба способа.
Это указывает на то, что ни один из них не имеет решающего экономи-
ческого преимущества.
На практике широко распространено литье труб в изложницы, покры-
тые внутри тонким слоем теплоизолирующего материала, что резко по-
вышает стойкость изложниц и предупреждает появление отбела в чугун-
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ 9
ных отливках. По этому способу льют трубы в США, ФРГ, Швеции,
Англии и Японии.
После второй мировой войны в Японии наблюдалось стремительное
развитие центробежного литья труб из высокопрочного чугуна. В 1966 г.
их выпуск достиг почти 300 000 т и составил 70% всех чугунных труб,
изготовленных в Японии.
В СССР работы по центробежному литью труб были начаты во вто-
рой пятилетке. При этом не удалось воспользоваться накопленным в ка-
питалистических странах опытом, так как иностранные фирмы поставили
кабальные условия за предоставление технической помощи. Первые
центробежные машины для литья труб были построены в 1936 г. в
ЦНИИТМАШе и на заводе «Красная Пресня». Испытания этих машин
выявили большое число недостатков.
Освоение центробежного литья
труб широко развернулось в после-
военные годы. В 1948 г. во ВНИИ-
ЛИТМАШе разработали конструк-
ции центробежных труболитейных
машин системы де Лаво, которые
затем были изготовлены на заводе
«Красная Пресня». В 1952 Г. на Ма- Рис- 2- Машина с передвижным желобом
кеевском труболитейном заводе на
этих машинах началось промышленное освоение центробежного литья
труб диаметрами 200, 250 и 300 мм и длиной 4 м. В 1958 г. аналогичное
производство было освоено на заводе «Свободный Сокол» (г. Липецк).
В настоящее время оба завода оснащены новыми усовершенствован-
ными центробежными труболитейными машинами завода «Сиблит-
маш».
В 1965 г. на Макеевском труболитейном заводе начал работать цех
центробежного литья водопроводных труб диаметром 150 мм и длиной
6 м. Литье производят в водоохлаждаемые изложницы. На этом же за-
воде было совместно с ВНИТИ освоено центробежное литье водопровод-
ных труб диаметром 50 мм и длиной 3,2 м в изложницы, футерованные
песчано-глинистой смесью.
Канализационные (сливные) трубы изготовляются в СССР только
центробежным способом. С начала 60-х годов их литье в изложницы с
теплоизолирующим покрытием производится поточным методом на спе-
циально разработанных установках.
В 1967 г. в труболитейном производстве 39,7% напорных труб изго-
товляли центробежным способом, 32,6%—в песчано-глинистых фор-
мах на карусели, 25,8% —непрерывным способом, 1,9% труб — полуям-
ным способом [95].
Согласно исследованиям Всесоюзного научно-исследовательского
трубного института (ВНИТИ) трубы больших диаметров рационально
изготовлять непрерывным литьем, а трубы диаметром до 300 мм (в мас-
совом производстве) — центробежным литьем. Однако в последние годы
в Японии освоено центробежное литье труб очень больших диаметров —
до 2380 мм.
Центробежное литье гильз цилиндров двигателей внутреннего сгора-
ния, компрессоров и т. д. Успехи в освоении центробежного литья чугун-
ных труб были толчком к внедрению этого способа и в другие отрасли
и, в частности, для литья цилиндровых гильз двигателей внутреннего
сгорания.
10 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦЕНТРОБЕЖНОМ ЛИТЬЕ
В ЦНИИТМАШе была разработана технология центробежного литья
гладких гильз с покрытием внутренней поверхности изложниц теплоизо-
ляционным материалом и гильз с фасонным наружным профилем в пес-
чано-глинистые формы, изготовленные накаткой. Для массового произ-
водства тракторных гильз на заводах были установлены конвейерные
агрегаты с несколькими центробежными машинами.
В 1946—1949 гг. успешно проведены работы по центробежному литью
цилиндровых гильз большого размера для стационарных и транспортных
дизелей. Способ центробежного литья цилиндров применяют на несколь-
ких дизельных заводах («Русский дизель», «Двигатель революции» и др.).
Центробежное литье маслот для поршневых колец используют на ди-
зельных и компрессорных заводах. Обычно маслоты изготовляют из се-
рого чугуна специального состава.
Центробежное литье стальных заготовок. В СССР еще в предвоенные
годы были проведены работы по литью трубных заготовок из углеродис-
тых и легированных сталей и впервые были получены путем проката из
таких заготовок трубы из нержавеющей стали. За рубежом использова-
ние центробежных заготовок для производства труб началось значитель-
но позднее (1955—1956 гг.).
С 1950 г. работы по освоению центробежного литья трубных загото-
вок и их последующего горячего и холодного передела в трубы, а также
по литью других стальных заготовок различного назначения проводили
во ВНИТИ, ЦНИИТМАШе и на некоторых заводах.
По имеющимся данным, центробежное литье трубных заготовок дает
значительную экономию металла (25—50%). уменьшает продолжитель-
ность нагрева металла (в 2,5—3 раза), расход электроэнергии (в 4—6
раз) и технологического инструмента (в 8—10 раз) [110].
Сортамент труб из центробежных заготовок как по размерам, так и
по маркам сталей, освоенный промышленностью, весьма широк. Сюда
относятся обсадные, нефтяные и общего назначения трубы многих раз-
меров из углеродистых сталей, армко-железа, а также из низколегиро-
ванных и высоколегированных сталей. Весьма важным было освоение
центробежного литья трубных заготовок из непрошивающихся и труд-
иопрошивающихся сталей на железной и никелевой основах. В ряде
случаев производство таких труб оказалось возможным только благо-
даря применению центробежного литья. Важнейшим преимуществом
этого технологического процесса является исключение операции про-
шивки [79].
Центробежные стальные трубы используют в литом состоянии как
элементы сварных строительных конструкций, в печах и т. д.
В последние годы начаты работы по центробежному литью крупно-
габаритных стальных барабанов массой до 40 т.
Большой интерес представляет разработанный советскими специа-
листами метод динамического воздействия на кристаллизацию центро-
бежных отливок из стали. Этим методом были получены отливки, обла-
дающие повышенной жаропрочностью и пластичностью.
Центробежное литье заготовок из цветных сплавов. В машинострое-
нии применяют центробежное литье заготовок из цветных сплавов: вту-
лок из медных и алюминиевых сплавов, венцов червячных колес из
бронз, гаек для прокатных станов, барабанов для бумагоделательных
машин и др.
Центробежное литье двухслойных заготовок. Биметаллические втулки
с наружным слоем из черных металлов и внутренним из различных цвет-
.ДАЛЬНЕЙШИЕ ЗАДАЧИ РАЗВИТИЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ______________L 1 1
пых металлов большей частью изготовляют центробежным литьем. Наи-
более крупные биметаллические втулки диаметром более 1 м применяют
в подшипниках жидкостного трения для валков прокатных станов. Ис-
пользование центробежных биметаллических трубных заготовок упрос-
тило производство биметаллических труб. В настоящее время по этой
технологии изготовляют биметаллические трубы с различным сочетани-
ем металлов и различных размеров.
В СССР и за рубежом начато производство центробежным способом
биметаллических прокатных валков. Для наружного слоя валка исполь-
зуют сплавы с повышенной износостойкостью, а для сердцевины — с
повышенной пластичностью.
Центробежное литье также применяют для изготовления двухслой-
ных изделий, у которых внутренний слой выполнен из неметаллического
материала, например металлошлаковых труб. Первые металлошлаковые
трубы, установленные на горнорудных и металлургических предприяти-
ях для транспортирования абразивных материалов, показали высокую
износостойкость по сравнению со стальными трубами. В последнее вре-
мя проведены работы по технологии центробежной заливки слоя стекла
в стальные трубы для химической промышленности.
Центробежное литье фасонных изделий. Фасонные изделия изготов-
ляют центробежным литьем в тех случаях, когда литье обычными спо-
собами не может почему-либо обеспечить надлежащее качество изделий.
В СССР успешно освоено литье рабочих колес центробежных насо-
сов из бронз, лопастных колес турбокомпрессоров из алюминиевых
сплавов, сепараторов для подшипников качения из латуни, созданы ус-
тановки для центробежного литья сложных фасонных изделий из жаро-
прочных сплавов в атмосфере нейтральных газов или в вакууме. Центро-
бежное литье роторов асинхронных электродвигателей применяется на-
ряду с другими способами литья [51]. В последние годы создана установ-
ка для центробежного литья мелких роторов производительностью
180 отливок в час [124].
Советские специалисты заняли ведущее место в разработке теорети-
ческих вопросов гидравлики центробежного литья. В работах 3. А. Ку-
динова, Л. С. Константинова, К- У. Цветненко, М. М. Чепинога и других
были установлены закономерности важнейших гидродинамических про-
цессов центробежного литья.
Важным объектом теоретических и экспериментальных исследований
советских специалистов были процессы кристаллизации и их влияние на
свойства отливок. Проведенные исследования позволили ближе подойти
к определению технологических параметров таких, как режим враще-
ния, скорость заливки металла, условия охлаждения отливок, способы
футеровки изложниц и др.
ДАЛЬНЕЙШИЕ ЗАДАЧИ РАЗВИТИЯ
ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Центробежное литье существует уже более 150 лет, однако возмож-
ности его далеко не исчерпаны. Ниже сделана попытка, основываясь на
достигнутом, кратко определить задачи развития центробежного литья.
В области центробежного литья чугунных труб необходимо добиться
снижения массы труб за счет уменьшения толщины стенок, без ухудше-
ния при этом прочностных свойств; уменьшить брак при литье труб, в
частности устранить брак по продольной разностенности.
12 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЦЕНТРОБЕЖНОМ ЛИТЬЕ
Постоянными задачами труболитейного производства являются сле-
дующие: изыскание способов увеличения долговечности изложниц, по-
вышение точности дозирования металла, внедрение более производи-
тельных методов центробежного литья напорных труб малых диаметров,
а также промышленное освоение центробежного литья труб из высоко-
прочного чугуна, в том числе труб большого диаметра.
Решение последней задачи открыло бы возможность применять эти
трубы взамен стальных для газо- и нефтепроводных магистралей. Обла-
дая почти такими же прочностными свойствами и свариваемостью, как
и стальные трубы, чугунные трубы имеют преимущество перед ними по
коррозионной стойкости. Кроме того, стоимость центробежных чугунных
труб ниже стоимости стальных труб, цикл производства короче, обору-
дование проще.
В области центробежного литья чугунных гильз для тракторов необ-
ходимо создать высокопроизводительный процесс массового изготовле-
ния качественных гильз, годовая потребность в которых исчисляется
в десятках миллионов штук.
В области центробежного литья стальных заготовок актуальными
являются задачи освоения крупносерийного и массового производства
трубных заготовок из углеродистых сталей для проката из них труб
наиболее ходовых сорторазмеров, а также освоения центробежного
литья крупных стальных заготовок для нужд энергетики, химии и других
отраслей промышленности.
В области центробежного литья двухслойных заготовок необходимо
освоить производство биметаллических прокатных валков, труб и труб-
ных заготовок, совершенствовать технологию и оборудование для полу-
чения металлошлаковых труб.
ГЛАВА II
ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ
ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
ГЕОМЕТРИЯ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Знание геометрии свободной поверхности, образующейся при враще-
нии жидкого металла вокруг вертикальной, горизонтальной и наклонной
оси, необходимо для определения конфигурации отливки, назначения
припусков и т. п. Коротко остановимся иа тех допущениях и предпосыл-
ках, которые должны быть примяты при теоретическом определении фор-
мы свободной поверхности вращающейся жидкости.
Основное допущение — все частицы жидкости имеют одинаковую
угловую скорость, равную угловой скорости формы. В этом случае мож-
но считать, что вращающийся металл находится в относительном покое.
С учетом такого допущения воспользуемся для определения формы сво-
бодной поверхности уравнениями гидростатики. При вращении вокруг
вертикальной оси принятое допущение полностью совпадает с действи-
тельностью. Правда, во время заливки и сразу же после нее жидкость ие
имеет одинаковой угловой скорости во всех своих слоях и лишь посте-
пенно увлекается формой. Однако спустя некоторое время угловая ско-
рость выравнивается и жидкость приходит в состояние относительного
покоя.
При вращении вокруг горизонтальной оси угловая скорость частиц
жидкости нс может быть постоянной: сила тяжести б складывается
с центробежной силой а таким образом, что дает результирующую силу
в, которая в течение каждого оборота формы (рис. 3) изменяется по ве-
личине и направлению. Пульсация силы приводит к пульсации угловой
скорости жидкости. Следовательно, нельзя считать, что жидкость нахо-
дится в состоянии относительного покоя.
При вращении жидкости вокруг наклонной оси пульсацию угловой
скорости вызывает не вся сила тяжести, а только та ее составляющая,
которая расположена в плоскости, перпендикулярной к оси вращения.
Другая составляющая силы тяжести, направленная параллельно осн
вращения, всегда одинаково ориентирована по отношению к центробеж-
ной силе и при сложении с ней дает равнодействующую, постоянную по
величине и направлению.
Каковы же последствия пульсации \гловой скорости жидкости при
горизонтальной и наклонной осях вращения?
Пульсация скорости приводит к тому, что жидкость распределяется
неравномерно по стенке формы, а именно, в верхней части слой толще,
чем в нижней. Это явление впервые отметил Левицкий еще в 1899 г.,
однако не смог дать ему правильное физическое толкование. Оно было
14 ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
дано в 1946 г. 3. А. Кудиновым. Суть этого явления состоит в том, что
под действием силы тяжести скорость частиц жидкости, движущихся
книзу, нарастает до некоторого максимума в нижней точке, а затем при
движении вверх замедляется.
Л. С. Константинов уподобил движение частиц жидкости во вращаю-
щемся вокруг горизонтальной оси цилиндрическом сосуде движению
кругового математического маятника [39].
Как известно, наибольшую скорость маятник будет иметь в нижней
точке и наименьшую в верхней. Отсюда следует, что толщина слоя жид-
Рис. 3. Силы, действующие иа час-
тицу жидкости при вращении ее
вокруг горизонтальной оси
кости, распределившейся по стенке, будет
наименьшей внизу, где ее скорость мак-
симальная, и наибольшей вверху, где ее
скорость минимальная. Другими словами,
свободная поверхность принимает форму
цилиндра, смещенного книзу от оси
вращения.
Последующие исследования этой гид-
родинамической задачи подтвердили на-
блюдающееся смещение и некоторое ис-
кажение свободной поверхности жидко-
сти [15, 106]. Однако заметим, что прак-
тический интерес этих исследований для
центробежного литья невелик.
Во-первых, при обычно принятых ре-
жимах вращения полых отливок, когда
центробежная сила превосходит силу тя-
жести в десятки раз, эффект смещения и
искажения свободной поверхности ничто-
жен. Во-вторых, даже в том случае, когда
свободная поверхность претерпевает ис-
кажение, этот эффект не сказывается на
форме внутренней поверхности готовой отливки, которая остается строго
цилиндрической без всякого смещения [39].
Это объясняется тем, что затвердевший слой при вращении около
горизонтальной оси нарастает равномерно по всей окружности незави-
симо от формы свободной поверхности жидкого металла.
За время одного оборота формы каждая точка на цилиндрической
стенке затвердевшего слоя может находиться в различных условиях
кристаллизации. Однако в этих условиях кристаллизации в течение каж-
дого оборота находятся все точки на цилиндрической стенке. Следова-
тельно, скорость нарастания слоя во всех точках одинаковая, и граница
между твердой и жидкой фазами концентрична поверхности формы.
Поэтому при выводе уравнения свободной поверхности отливки при
горизонтальной оси вращения формы можно не учитывать действия си-
лы тяжести, а при наклонной оси вращения необходимо принимать во
внимание только составляющую силы тяжести, действующую параллель-
но оси вращения.
Отсюда следует также, что для вывода уравнений свободной поверх-
ности вполне правомерно принятое выше допущение, что вращающийся
жидкий металл находится в относительном покое. Таким образом, мож-
но воспользоваться уравнениями гидростатики для определения геомет-
рии свободной поверхности при любом положении оси вращения.
ГЕОМЕТРИЯ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ 1 5
Уравнение поверхности уровня (Эйлера) имеет следующий вид:
Xdx + Ydy+Zdz = 0, (4)
где X, У, Z — проекции на оси координат ускорений, действующих на
рассматриваемую частицу жидкости.
Свободная поверхность при вертикальной оси вращения. Точка М
на свободной поверхности подвержена
действию ускорений (рис. 4, а):
Х = со2х; (5)
(6)
При равномерном вращении каса-
тельное ускорение перпендикулярно
плоскости чертежа: У = 0. Подставив
в уравнение (4) вместо X и Z их зна-
чения, получим
со2хб/х—gdz = 0;
после интегрирования имеем
w2x2 , Г п
—------gz + C = 0,
(7)
(8)
откуда получаем уравнение кривой
(02Х2 ~
z =-----
2g
Если кривая проходит через начало
координат С = 0, то приняв х = г, по-
лучим
Рис. 4. Схемы к определению
формы свободной поверхности
при вращении вокруг оси:
а — вертикальной; б — наклонной;
в — горизонтальной
(9)
(10)
СО2Г2
2 =-----
2g
Так как это уравнение параболы, то,
следовательно, свободная поверхность
представляет собой параболоид вра-
щения вокруг оси z — z. Подставив константы в уравнение (9), полу-
чаем формулу, удобную для практических расчетов:
z = 5,55-10"2
\ 100 /
Из уравнения (10) следует, что форма свободной поверхности зави-
сит от скорости вращения жидкости.
Свободная поверхность при наклонной оси вращения. При выводе
уравнения свободной поверхности, согласно предыдущему, отбрасываем
составляющую ускорения gsin а (рис. 4, б):
X = w2x;
Z = —geos а.
После подстановки X и Z в уравнение (4) и интегрирования находим
2g cos а
16----------------------------------- ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Свободная поверхность представляет собой удлиненный параболоид
вращения.
Подставив константы в формулу (11), получаем
2 = 5,55 -КГ2 .
\ 100 / cos а
Свободная поверхность при горизонтальной оси вращения (рис. 4, в).
После подстановки в уравнение (4) ускорений
K = (o2f/,
Х = (о2х
и интегрирования получим
у2 + х2 = С. (13)
Постоянную интегрирования найдем из условия, что при х = г у = 0,
отсюда С = г2, тогда уравнение свободной поверхности будет иметь вид
х2 + у2 = г2; (14)
это уравнение соответствует форме кругового цилиндра, ось которого
совмещена с осью вращения.
Как правило, действительная форма свободной поверхности центро-
бежных отливок весьма точно совпадает с расчетной. Исключение со-
ставляют случаи, когда на свободной поверхности при затвердевании
образуется впадина усадочного происхождения или когда затвердева-
ние металла при вертикальной оси вращения происходит настолько
быстро, что параболоид не успевает сформироваться. Последнее наблю-
дается при литье тонкостенных втулок с недостаточной скоростью вра-
щения. В этом случае внутренняя поверхность получается в виде ко-
нуса [75].
Пример 1. На машине с вертикальной осью вращения формы необходимо получить
втулку длиной I = 10 см и номинальным диаметром отверстия d\ — 8 см. Наименьший
допускаемый диаметр отверстия d2 = 7,8 см. Определить необходимую скорость враще-
ния формы.
Обозначим наибольший и наименьший радиусы отверстия соответственно через
R = 4 см, г = 3,9 см.
Решение. Согласно формуле (9)
со2/?2
г'~ 2g
СО2Г2
(У
г,-г2 = Z =—(/?*-,2),
откуда
пл । / 2g/
<0= 30 ~ \/ R2—r2 ’
/ / . 10
п = 423 I / ------= 423 1 ”—= 1510 об/мин.
° Я2—г2 I 42—3.92 7
Пример 2. В форме (рис. 5) изготовляется труба длиной / = 3 м при угле наклона
оси вращения к вертикали а = 85° и п = 800 об!мин. Наибольший радиус внутренней
свободной поверхности R = 5 см. Требуется определить наименьший радиус г внутрен-
него отверстия трубы (усадка не учитывается).
ДАВЛЕНИЕ
17
Решение
откуда
Рис. 5. К расчету радиуса внутреннего
.___________ отверстия трубы при литье с наклонной
/ /• 2j? cos а осью вращения
г^\/ R2—^-----------.
I (£г
flocie подстановки числовых значений находим г — 4,1 см.
ДАВЛЕНИЕ
Знание давления в любой точке вращающегося жидкого металла не-
обходимо для определения прочности формы, усилий, действующих иа
затвердевшую корочку отливки, на крышки изложниц и т. д.
Воспользуемся теми же допущениями, которые были приняты при
определении формы свободной поверхности.
Применим уравнение гидростатики
dp = р(Х dx+ Y dy Z dz), (15)
где p — давление в гс!см2\
р — плотность жидкости в гс* секшем*.
Давление при вертикальной оси вращения. Подставим в уравнение
(15) выражения (5) и (6), в результате получим
dp =-p(u2xdx—gdz). (16)
После интегрирования и подстановки х = г имеем
Р = р(—~—£z) + c- (*7)
Найдем С, приняв г = 0 и z = z0, что соответствует точке, лежащей
на свободной поверхности в вершине параболоида, где р = 0. Отсюда
C = £z0. (18)
После подстановки в формулу (17) выражения (18), р = — и h =
g
= Zq — z, получим формулу для расчета давления при вертикальной оси
вращения
р = у—~—\-hy. (19)
Найдем давление в точке Л4Ь имеющей координаты т\ и z{ (рис. 6):
Р = Т + zo— Z|) = T(z0 -1-й) (20)
\ 2g /
ИЛИ
p = —15,55-10'V-^y/2'^1 (21)
H 1000 L k Ю0 / J ' ’
18
ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Таким образом, давление в любой точке равно давлению столба жид-
кости, расположенного над этой точкой до свободной поверхности (см.
рис. 6).
Если точка Л42, для которой определяется давление, находится выше
вершины параболоида, то давление в ней равно давлению столба жид-
кости высотой М2С:
Р = Т(гс~ гв) = Т-^-(г9—г2в). (22)
Давление при наклонной оси вращения. После подстановки X и Z
Рис. 6. К определению давления
при вертикальной оси вращения
формы
в уравнение (15) найдем
dp = p(o)2xdx—g cos a dz).
Сделав преобразования, аналогич-
ные предыдущим, получим
р = Т Г + (z0— z)cos a]. (23)
L 2g J
Давление при горизонтальной оси
вращения. В этом случае составляю-
щая силы тяжести, действующая
вдоль оси вращения, равна нулю. В ре-
зультате уравнение (15) после подста-
новки X и Y примет вид
dp = p(co2xdx + (o2j/dj/). (24)
С учетом х2 4- у2 = г2 получим
после интегрирования
со2/-2 Г
р^р—- + С.
Постоянную интегрирования най-
дем исходя из условия, что на свобод-
ной поверхности давление р = 0 и
Г = гвп, отсюда
С=-р±^!-.
Г 2
Подставив выражение С, получаем формулу для расчета давления
при горизонтальной оси вращения
р = (г2—г^) гс/см2' (25}
или
р = 1,39 1(Г5? 2 (d2—di,) кгс/см2. (25а>
В частном случае, при литье сплошной заготовки вокруг горизонталь-
ной оси вращения (твн = 0), давление в точке на радиусе г
или
р = 1,39 • 1О'5? (¥ d2 кгс[см2.
г 1 V 100 J
СИЛА ДАВЛЕНИЯ 19
Из формул (19) и (25) следует, что давление во вращающейся жид-
кости нарастает: 1) по мере удаления от свободной поверхности по па-
раболическому закону, т. е. быстрее, чем в неподвижной жидкости, и
2) в зависимости от скорости вращения.
Действительные давления во вращающемся жидком металле всегда
меньше расчетных по следующим причинам: 1) жидкий металл зали-
вается не сразу и, следовательно, гвн нельзя считать неизменным; 2) на-
ружный радиус жидкого слоя является переменной величиной в ре-
зультате продвижения фронта кристаллизации; 3) жидкость не сразу
приобретает полную скорость вращения.
Давление рнар на поверхности кругового потока при горизонтальной
оси вращения в период неустановившегося движения можно определить,
заменив в формуле (25) скорость со средней скоростью потока соср в дан-
ный момент и радиус г наружным радиусом потока /?ь который также
является функцией времени и зависит от продвижения фронта кристал-
лизации:
ысрУ(^1-гвн)
яЧРу(^1—гв2н)
900-2g
(26)
Формулы для определения пср и /?1 приведены на стр. 28; 29.
Пример 1. Требуется определить давление металла на форму при следующих усло-
виях: форма вращается вокруг горизонтальной оси; п = 750 об/мин\ наружный диа-
метр отливки 350 мм, внутренний 150 мм‘, металл
отливки — чугун.
Давление определяем по формуле (25а):
р= 1,39-10“5-7-72(352—152) = 4,8 кгс/см2.
Пример 2. Требуется определить давление
металла в этой же отливке на расстоянии 100 мм
от оси вращения:
р= 1,39-10~5-7-72(202—152) = 0.84 кгс/см2.
Пример 3. Требуется определить максималь-
ное давление на затвердевшую с поверхности ко-
рочку отливки при следующих условиях: ось вра-
щения формы вертикальная, п = 500 об/мин, раз-
меры отливки согласно рис. 7; форма полностью
заливается чугуном.
Максимальное давление будет в основании от-
ливки диаметром 300 мм. Находим расстояние от
вершины параболоида до крышки изложницы по
формуле (10):
г = 5,55-10~2-52-32= 12,5 см.
Рис. 7. К расчету максимального
давления в отливке
Определяем высоту столба металла от вершины параболоида до основания
отливки:
Л = 20—12,5 — 7,5 см.
Затем по формуле (21) рассчитываем давление:
7
р — ~IQQQ (5,55* 10—2 - 52• 15 2 + 7,5) = 2,24 кгс!см2.
СИЛА ДАВЛЕНИЯ
Сила давления металла имеет практическое значение для расчета
крепления крышки, а также для расчета напряжений в изложнице или
в затвердевшей корке отливки.
2»
20 ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Силу давления на крышку определяют как сумму сил, действующих
на элементарные площадки. Силу давления для расчета напряжений в
стенках изложницы или затвердевшей оболочке при горизонтальной
оси вращения можно определить исходя из допущения, принятого для
расчета цилиндрических сосудов, подверженных внутреннему давлению.
Силу давления берут равной произведению максимального давления на
площадь диаметрального сечения.
Фактическая сила давления, как правило, несколько меньше расчет-
ной из-за охлаждения металла в поверхностных слоях» соприкасающих-
ся с крышками и поверхностью изложниц и т. д.
Давление на крышку или торцовые стенки формы при горизонталь-
ной оси вращения есть функция радиуса. Поэтому для определения силы
давления на торцовую стенку выделяем на ней элементарные кольцевые
площади шириной dr и радиусом г.
Сила давления на элементарную площадку
dP = p-2nrdr, (27)
где р — давление, действующее на площадку, определяется по форму-
ле (25).
Вместо р в формулу (27) подставляем выражение (25), тогда
dP = _^L(r2—r;K)2nrdr = ус° л (г3dr—r%Hrdr). (28)
2^ g
Для нахождения полной силы давления иа торцовую стенку (крыш-
ку) формы интегрируем выражение (28) в пределах от гвк до 7? (на-
ружный радиус отливки):
***_(_&----------+ (29)
g \ 4 4 2 2/ 4g
Для практических расчетов это выражение имеет вид
Р = 5,45- Ю6у (-Л-)2 кгс. (29а)
Согласно формуле (25)
Ртах =-^-(Я' —
подставим ртах в выражение (29), тогда
Р = V Ртах" (R2 ~Г2т) = Цг РтахЛ (30)
где F — площадь приложения давления.
Следовательно, сила давления на торцовую стенку равна половине
произведения максимального давления на всю площадь приложения
давления.
При вертикальной оси вращения сила давления на торцовую стейку
находится аналогичным образом.
Подставив значение р из формулы (19) в формулу (27), получим
яТ^ + 2тАягаг
£
После интегрирования в пределах от г\ до г2 имеем
P=-^(^-rf) + nYftH-rl). (31)
4g
ВСПЛЫВАНИЕ ВКЛЮЧЕНИЙ
21
Пример 1. Требуется определить силу давления чугуна на крышку изложницы.
Ось вращения формы горизонтальная; наружный диаметр отливки 300 ям, внутренний
150 мм; п = 700 обIмин.
Согласно выражению (29а)
Р = 5,45-10'6-7-72(302—152)2 л 850 кгс.
Пример 2. Определить силу давления металла
вокруг вертикальной оси, п — 400 об!мин,
у = 7,0 г[см\ Размеры формы даны на рис. 8.
Согласно формуле (31) при
Г| = 3»0 см; г2 = 40 см;
л-400 „ f ,
со =--------= 41,8 1/с<?к;
30
(0“Г7
ft = 40—2 = 40—-----= 32,2 см;
2g
на крышку формы, вращающейся
Рис. 8. К расчету нагрузки
на форму
л-7-41,82
1000-981-4
(404 — 34)J-
3,14-7-32,2 о
+-------------(402—З2) 2э 700 кгс.
* 1АЛЛ ' '
ВСПЛЫВАНИЕ ВКЛЮЧЕНИЙ
Известный закон Архимеда сохраняет значение для тел и жидкостей,
подверженных действию центробежных сил, хотя формулировка этого
закона несколько изменяется. Выделим мысленно какой-либо объем в
жидкости, подверженной действию центробежных сил. Этот объем нахо-
дится в покое относительно соприкасающейся с ним жидкости. Отсюда
можно заключить, что центробежные силы, действующие на этот объем,
равны силам, действующим со стороны жидкости, примыкающей к выде-
ленному объему. Если на место выделенного объема жидкости поме-
стить какое-либо тело, то внешние силы, действующие на этот объем, не
изменятся и по-прежнему способны уравновесить центробежные силы
вытесненного телом объема жидкости.
Таким образом, тело, погруженное в жидкость и вращающееся
вместе с нею, находится под действием силы гидростатического давле-
ния, направленной к оси вращения и равной центробежной силе,
развиваемой вытесненным объемом жидкости.
Подъемная сила, действующая на тело, погруженное в неподвижную
жидкость, является равнодействующей элементарных подъемных сил и
приложена в центре тяжести вытесненного объема жидкости.
Подъемная сила, действующая на тело, погруженное в жидкость
и вращающееся вместе с нею, является равнодействующей элементар-
ных подъемных сил и приложена в центре сил инерции вытесненного
объема жидкости. Центр тяжести и центр сил инерции не совпадают.
Закон Архимеда для обычных условий выражается следующим
образом: ^ = £PeV—£РлУ = V£(Pe~ Р.«), * (32)
где Р — суммарная подъемная сила, действующая на погруженное
в жидкость тело, в гс;
Ре и рлс — плотность соответственно включения и жидкого металла в
гс • се к2 [см*;
V — объем включения, погруженного в жидкость, в см3.
22 ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Соответствующая закону Архимеда зависимость для вращающейся
системы выразится уравнением
рц = “2V (р/1—р,„г2). (33)
где Рч — центробежная сила, действующая на тело, погруженное в
жидкость, в гс;
г\ — радиус центра сил инерции включения в см;
г2 — радиус центра сил инерции вытесненного объема жидкого
металла в см;
оз — угловая скорость вращения в \!сек.
Для случая, когда погруженное тело имеет равномерную плотность,
уравнение (33) принимает вид
Рц = Усо-Хр,-р.„) = у,,). (34)
g
Сравнивая между собой уравнения (32) и (34), находим, что силы,
действующие на тело, погруженное во вращающуюся жидкость, возра-
стают в k = - раз. Наиболее часто при центробежном литье грави-
g
тационный коэффициент k берется от 30 до 100.
Таким образом, силы всплывания или погружения включений в усло-
виях центробежного литья значительно увеличиваются.
Если уе < ул, то сила Рц имеет отрицательный знак и направлена
к свободной поверхности. При одинаковых размерах включений
подъемная сила пропорциональна ув— ум.
В табл. 1 приведены значения уе— для стали и различных шла-
ковых включений [126]. Из этой таблицы видно, что подъемная сила
включений SiO2 в 3 раза больше подъемной силы включений МпО.
Таблица 1
Значения — ус для различных шлаковых включений в стали
Шлаковые включения в гс см3 V— V* в с в гс 'слс’ Шлаковые включения в гс см* v„-v; в гс/см*
SiO2 2,3 —4,8 2MnO-SiO2 4.1 —3,0
FeO-SiO, 3,0 —4,1 2FeO-SiO2 4,3 —2,8
MnO-SiO^ 3,6 —3,5 FeS 4,6 —2,5
А120з 3,9 —3,2 МпО 5,5 —1,6
MnS 4,0 —3,1 FeO 5,9 —1,2
* Удельный вес жидкой стали 7,1 гс!см3.
Наибольшая скорость всплывания (погружения) может быть найде-
на из условия равенства подъемной силы и силы гидродинамического
сопротивления, возникающего при движении включения в жидкости.
Сила сопротивления является функцией скорости всплывания, фор-
мы и размеров всплывающего включения, а также характера потока
(ламинарного или турбулентного), образующегося в результате взаимо-
действия всплывающего включения и жидкости.
Для ламинарного потока справедлива формула Стокса
Утах = Р*)’
1 op-
где итах — предельная скорость всплывания включения в см!сек;
d — диаметр включения, имеющего шарообразную форму, в см;
ц — коэффициент абсолютной (динамической) вязкости.
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ___________________________[_________23
По данным Б. В. Рабиновича в условиях статического литья наи-
больший диаметр частиц, всплывающих в чугуне, для которых справед-
лива формула Стокса, равен 0,1 мм [66].
Более крупные частицы всплывают при турбулентном течении, при
котором сила сопротивления
р_
8
где с — коэффициент сопротивления, зависящий от критерия Рейноль-
дса. Практически с имеет небольшой разброс значений, поэтому его
можно принять с ~ 1 для всплывания в неограниченной среде (в отли-
чие от всплывания в каналах).
Наибольшая скорость всплывания при турбулентном потоке
vniax = 1/4dg(-pa-~p”). (36)
I Зсрде
При вращении происходит увеличение подъемной силы в k раз, в
то время как вязкость жидкости и ее плотность рл, а следовательно, и
сопротивления при всплывании остаются неизменными. Отсюда наиболь-
шая скорость всплывания включений при действии центробежных сил
в ламинарном потоке
t>;ax = = -d2(y»-y°L k- (37)
18р 18р
при турбулентном потоке
^ = 1/4ds{^~pe} k. (38)
V Зсрм
В большинстве случаев, имеющих практическое значение, скорости
всплывания включений при центробежном литье необходимо определять
по формуле (38). Увеличение скорости всплывания включений в V k
раз по сравнению со скоростью всплывания при обычном литье является
важной положительной особенностью центробежного литья.
Относительная траектория всплывающего или тонущего тела, если
пренебречь для упрощения поворотным ускорением (Кориолиса), на-
правлена в любой точке по нормали к поверхности уровня.
Следовательно, при вращении вокруг горизонтальной оси всплывание
частиц на свободную поверхность происходит радиально по кратчай-
шему пути. В этом состоит одно из преимуществ центробежного литья
полых цилиндров по сравнению с обычным литьем в вертикальном
положении.
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ
ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ
Знание характера относительных движений вращающегося жидкого
металла необходимо для выбора скорости заливки, режима вращения
изложницы, типа заливочных устройств и литниковой системы, а также
для понимания их влияния на кристаллизацию отливок и т. д.
Ранее рассмотренные явления относятся в основном к гидростатике.
В этом разделе рассматриваются гидродинамические явления:
1) относительное движение жидкости при вращении формы вокруг
горизонтальной осп с постоянной скоростью;
24 ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО литья
2) относительное движение жидкости при малой и переменной угло-
вой скорости;
3) движение жидкости в радиальных литниковых каналах при верти-
кальной осп вращения.
К относительным движениям вращающейся жидкости следует
отнести также конвекционные движения. Поскольку эти движения тесно
связаны с охлаждением отливок, они рассматриваются в соответствую-
щем разделе (см. главу HI).
Исследование относительных движений жидкости представляет
практический интерес, так как оии влияют на процессы заливки
металла, а также на процессы кристаллизации и структуру получаемых
отливок (г 1ава III).
Рис. 9. Схемы принудительного увлечения металла вращающейся формой
Металл в период заливки увлекается вращающейся формой. При
этом возможны два случая: а) движение сообщается металлу принуди-
тельно; это происходит, когда полость формы, заполняемая металлом,
расположена эксцентрично осн вращения или когда металл попадает в
полость цилиндрической формы через вращающиеся литниковые кана-
лы; б) движение металлу сообщается трением формы.
В первом случае металл сразу приобретает угловую скорость формы,
во втором происходит постепенное увеличение угловой скорости метал-
ла. Примеры принудительного увлечения металла показаны на рис. 9.
При литье в цилиндрическую форму, приведенную на рис. 9, а, н при
лнтье в форму, приведенную на рис. 9, б, металл сразу приобретает уг-
ловую скорость формы.
Относительное движение жидкости при вращении формы вокруг
горизонтальной оси с постоянной скоростью. Увеличение металла си-
лой трения происходит в горизонтальных цилиндрических формах,
заливаемых свободно падающей струей металла.
На поверхности раздела металл — форма действует сила трения
между формой и металлом. Передача вращения внутренним слоям
металла совершается действием сил внутреннего трения (вязкости)
самого металла. Эти силы постепенно преодолевают инерцию жидкого
металла и ускоряют его вращение до тех пор, пока не установится
состояние относительного покоя.
При малом числе оборотов свободная поверхность принимает
наклонное положение, что указывает на некоторую циркуляцию жидко-
сти (рис. 10, а).
При увеличении скорости вращения формы жидкость приходит в
состояние интенсивной циркуляции. Увлеченный слой жидкости подни-
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ_____________________________________.25
мается на значительную высоту и оттуда стекает, а отдельные капли
отрываются, и происходит так называемое дождевание (переплески-
вание). В нижней точке наблюдается вихревой бугор постоянного раз-
мера (рис. 10,6). При дальнейшем плавном увеличении скорости и
достижении некоторого числа оборотов внезапно наступает момент,
когда вся жидкость скачкообразно распределяется по стенке и образует
круговой поток (рис. 10, в).
При уменьшении числа оборотов круговой поток становится неус-
тойчивым, и форма свободной поверхности изменяется (рис. 10, г).
Рис. 10. Состояние жидкости при различной скорости враще-
ния вокруг горизонтальной оси
Наибольшая толщина слоя жидкости наблюдается вверху с неко-
торым смещением от вертикали в сторону вращения. Последнее можно
объяснить тем, что максимальную скорость жидкость приобретает не
в нижней точке окружности, как следует из аналогии с движением
кругового маятника, а несколько дальше в сторону вращения из-за
действия на жидкость тангенциальных сил трения.
При исследовании в изложницу диаметром 195 мм и длиной 245 мм
заливали 2 л воды и на внутреннюю поверхность пускали легкий по-
плавок из целлулоида (глубина погружения 3 мм). Число оборотов по-
плавка пп определяли стробоскопом [67].
При скоростях вращения, значительно превышающих критическую
скорость, жидкость находится в состоянии относительного покоя
(табл. 2). Небольшое скольжение, отмеченное в таблице, возможно,
вызвано отставанием поплавка из-за аэродинамических сопротивлений.
26 ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Таблица 2
Скольжение внутреннего слоя жидкости относительно изложницы
при различной скорости ее вращения
пизл в мип пп в об!мин Скольжение внут- реннего слоя жид- кости относительно изложницы в % Примечания
800 800 0 Свободная поверхность
700 699,6 0,057 гладкая
600 599,5 0,083
500 499,1 0,18
400 396,0 1.0
350 343.5 1.7 Свободная поверхность
345 313.6 3.5 рябит
300 276,0 8,0
280 — — Дождевание, критическая скорость
Однако по мере приближения к критической скорости вращения (пизл =
= 280 об/мин) скольжение внутреннего слоя резко возрастает [67].
Процесс дождевания (переплескивания) жидкости во вращающей-
ся форме. Исследование динамического состояния жидкости при
дождевании было проведено К. У. Цветненко и Н. В. Рулла на холодных
жидкостях — растворе глицерина в воде и на воде [102].
Скорость вращения жидкости в различных зонах по сечению потока
определяли косвенным методом: измерением давления в этих зонах с
помощью установки микронапорных трубок, подключенных к самопи-
шущим дифференциальным манометрам.
Внутренний диаметр формы 200 мм; длина формы 1560 мм; жид-
кость— вода при 16° С; кинематическая вязкость воды v— 11 X
X -10-7 м2/сек; заливка производилась при п = 800 об/мин; скорость
заливки 0,82 кг/сек.
В начале заливки скорость вращения жидкости нарастала
(рис. 11), а затем, вследствие тормозящего действия заливаемой жид-
кости, снизилась; чем ближе к внутренней поверхности потока, тем боль-
ше было это снижение.
После начала дождевания внутренние слои жидкости приобрели
отрицательную скорость, так как часть жидкости, не вовлеченная во
вращение, образовала поток, движущийся книзу, т. е. в обратном на-
правлении к основному потоку (см. рис. 10, б).
Дождевание прекратилось через 119 сек после конца заливки в ре-
зультате постепенного увеличения скорости всех слоев жидкости.
Увеличение скорости началось у периферийных слоев и постепенно рас-
пространилось и на внутренние слои.
Во время дождевания разность скоростей внутренних и периферий-
ных слоев достигала максимума; так, скорость слоя на диаметре 196 мм
составляла 4-600 об/мин, а внутреннего слоя —400 об/мин и, следова-
тельно, перепад скоростей составлял 1000 об/мин.
В аналогичных условиях были поставлены опыты для изучения рас-
пространения дождевания по длине формы. Они показали, что дождева-
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ 27
ние, начавшееся в зоне заливки, распространяется вдоль потока со
скоростью 0,15 м/сек.
По данным исследования на модели процессу дождевания способ-
ствуют факторы, понижающие скорость вращения кругового потока
жидкости до критического значения: а) низкая скорость вращения фор-
мы, близкая к критической скорости потока; б) большая скорость за-
ливки, вызывающая торможение ранее залитого металла; в) высокая
температура заливаемого металла, уменьшающая его вязкость; г) мед-
ленное охлаждение металла вследствие низкой теплопроводности
формы.
Дождевание при центробежном литье полых цилиндрических дета-
лей, как правило, нежелательно, поэтому важно найти методы расчет-
ного определения критической скорости внутреннего слоя и соответ-
ствующей критической скорости вращения изложницы.
Рис. II. Изменение скоростей в процессе вовлечения жидкости (воды) во вра-
щательное движение:
а — начало заливки; б — начало дождевания; в — конец залнвкн; г — конец дожде-
вания; д — расположение и ориентация микронапорных трубок
В работе iVA. М. Чепинога [106] аналитически выведена формула кри-
тической скорости потока, ниже которой он разрушается, т. е. начи-
нается процесс дождевания (переплескивания). Эта скорость является
усредненной, так как в пределах каждого оборота скорость вращения
жидкости меняется:
(39)
где пкр — критическая скорость потока в об/мин-,
d — диаметр свободной поверхности потока в м;
D — наружный диаметр потока в м.
Экспериментальная проверка формулы (39) показала удовлетвори-
тельное совпадение опытных и расчетных значений для жидкостей с
большой вязкостью (шлак) и с малой (вода).
Расчет критической скорости вращения формы. Переходные про-
цессы при центробежном литье в горизонтальную равномерно вращаю-
щуюся форму могут быть разделены на две стадии: 1) от начала залив-
ки до ее окончания и 2) от конца заливки до перехода образовавшегося
кругового потока в состояние относительного покоя [102, 103].
28 ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
(40>
К1 =
В первой стадии около места падения струи металла движение его
турбулентное, беспорядочное. В более удаленных частях формы, куда
металл поступает спустя некоторое время уже в виде замкнутого кру-
гового потока, движение становится ламинарным, что позволяет приме-
нять к исследованию кругового потока жидкости законы гидродинамики.
На основе этого К. У. Цветненко получил следующее выражение для
критической скорости вращения ПфК формы, т. е. предельной скорости
формы, ниже которой круговой поток разрушается:
0.07<? К7^-гй (Ц\-ги)(1-е~а) 21,2]/7R'i~r20
Пфк ----------------7-------------+-----------’
VV^?|Zго (1 + 2 ~) Rl I Го
где q — скорость заливки в кг/сек;
v — кинематическая вязкость жидкого металла в м2/сек;
у — удельный вес жидкого металла в кгс/м3;
z$ — длина формы в м;
Оф — диаметр формы в м;
а — показатель экспоненты,
п *<7 G?—*4 1ЛТз-|- т—г0)
2ф /
где к — коэффициент, к = 2,25-10 5;
к\ — коэффициент затвердевания, для стали углеродистой
= 0,0021 м/сек*1*, легированной к\ = 0,0025 м/сек4*;
г3 — продолжительность заливки в сек;
т — время от конца заливки в сек;
R, го — радиусы соответственно полости формы и свободной поверх-
ности в м;
Ri — наружный радиус потока в данный момент в м;
= KiV^ + t. (42)
Формула (40) позволяет вычислить для конкретных условий величину
критической скорости в период заливки и в последующее время. Исполь-
зование этих данных возможно при назначении соответствующего режи-
ма вращения (см. главу IV):
В период заливки член формулы (40) с экспонентой равен 1 (по-
скольку т = 0), а го изменяется. Зная q, Оф> Хф, несложно найти значе-
ния го для каждого момента времени. Подставив г0 в формулу (40),
получаем кривую ПфК в период заливки.
После окончания заливки переменной величиной является т, от кото-
рой зависят а и R\ в формуле (40).
Задаваясь т, находим а и Ri по формулам (41) и (42) и, подставив
их в формулу (49), строим кривую ПфК в период от окончания заливки
до перехода кругового потока в состояние установившегося движения.
На рис. 12 приведена кривая ПфК, рассчитанная по формуле (40) для
следующих условий: металл — сталь Х18Н10Т; R = 0,337 м; Хф = 2,3 м;
<7 = 20 кгс/сек; у = 7 • 103 кгс/м?; v = 7 • 10 7 м2/сек.
Расчетная критическая скорость формы возрастает при уменьшении
го и достигает максимума в момент окончания заливки. Далее крити-
ческая скорость формы снижается, приближаясь к критической скоро-
сти внутреннего слоя металла [см. второй член формулы (40)].
(41>
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ 29
Расчетная кривая минимальных скоростей вращения формы может
быть использована при разработке практического режима вращения
формы для конкретных случаев центробежного литья (см. главу IV).
Другой практически важной расчетной величиной является наиболь-
шее давление, возникающее в период неустановившегося движения в
круговом потоке. В формулу (26) входит средняя скорость вращения
потока пср, которая, как правило, меньше скорости вращения формы.
В случае, когда скорость вращения внутреннего слоя кругового потока
•близка к критической [104],
^СР=^ф
0.085? )/7Rj — rg [j?| г0— rg (1 — с"°) ]
-2^1 + Kr0 )
\ гф /
(43)
При больших значениях Пф, в несколько раз превышающих ее крити
ческую скорость, или при еа
1, flcp Пф,
Кривая средней скорости
потока строится аналогично
приведенной выше кривой кри-
тической скорости изложницы.
Подставив расчетные сред-
ние скорости потока в форму-
лу (25), получим кривую изме-
нения давлений на границе
жидкого и затвердевшего слоя
отливки в период заливки и
неустановившегося движения
Рис. 12. Диаграмма изменения критической
скорости вращения формы ПфК
потока.
На рис. 13 приведены рас-
четные кривые Пф, пср и р для
конкретного случая при усло-
вии: металл — углеродистая сталь; R = 0,122 мм; гф — 3,5 м\ q =
— 17 кгс/сек; у = 7-Ю3 кгс!м\ v = 7-Ю 7 м21сек; Пф = 1,15 ПфК.
Продольное течение металла в горизонтальной вращающейся фор-
ме. Помимо тангенциального скольжения, заливаемый металл имеет
движение относительно формы и по осевому направлению. В результате
сложения этих движений металл перемещается относительно формы по
винтовой траектории (рис. 14). Эта траектория хорошо видна на поверх-
ности труб и втулок, изготовляемых центробежным способом.
Угол р между осевой и результирующей скоростями кругового по-
тока (рис. 14) уменьшается по мере передвижения потока вдоль фор-
мы [99].
При литье заготовки диаметром 100 мм и длиной 1100 мм в излож-
ницу, футерованную слоем песка толщиной 3 мм, при скорости заливки
1,8 кг/сек и осевой скорости течения металла 0,17 м!сек были зафик-
сированы различные углы наклона р винтовой линии по длине излож-
ницы:
Расстояние от места залив-
ки в мм.................. 120 180 220 280 390 450 890
Угол р в град . 78 73 68 68 62 58 43
30
ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Это явление объясняется тем, что за время протекания металла его
тангенциальное скольжение уменьшается, и в момент, когда скольжение
приближается к нулю, поток движется относительно изложницы только
по осевому направлению.
Влияние различных факторов на скорость продольного течения
потока было изучено на отливках из чугуна и стали по следующей
методике [96, 98, 103]. В изложницы вводили державку с укрепленными
на ней проводами. Свободные концы проводов были выведены в не-
скольких местах по длине изложницы. Когда круговой поток металла,,
движущийся вдоль изложницы, касался очередного провода, электриче-
Рис. 13. Изменение скорости вращения формы
п,ф = 1,15 Пфъ средней скорости потока пср и
давления потока р на границе жидкого и затвер-
девшего слоя в период заливки и неустановивше-
гося движения
Рис. 14. Схема движения металла
относительно формы по винтовой
линии:
а — осевая скорость; в—тангенциаль-
ная скорость; б — результирующая
скорость
ская цепь замыкалась и сигнал записывался осциллографом. Экспери-
менты показали, что на скорость продольного течения металла влияют
скорость вращения изложницы, скорость заливки, температура металла,
угол наклона изложницы и т. д.
Исследователи отмечают, что продольное течение заливаемого
металла происходит неравномерно, с периодическим ускорением и
замедлением. Вблизи от места падения струи нарастает слой металла
такой толщины, что его гидростатический напор в состоянии преодолеть
сопротивление поверхностного натяжения и повышенной вязкости не-
сколько охлажденной передней кромки потока.
Преодолев эти сопротивления, металл как бы прорывается и совер-
шает бросок, а затем, когда энергия потока исчерпывается, начинается
новое увеличение гидростатического напора и т. д.
Если пренебречь этими особенностями движения жидкого металла и
считать его совершенной жидкостью, вращающейся с постоянной угло-
вой скоростью со, то продольное движение жидкости в форме можно
описать преобразованным уравнением Бернулли:
const, (44)
2g 2g 7
где Г1 — радиус свободной поверхности вблизи от места заливки;
г2 — радиус свободной поверхности передней кромки потока жид-
кости, движущейся вдоль формы.
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ 31
Из уравнения (44) следует, что скорость продольного течения потока
зависит от о и г22—r2lf т. е. от скорости вращения и перепада уровня
жидкости в форме. Последний, в свою очередь, зависит от скорости
заливки.
Экспериментальные кривые (рис. 15 и 16), характеризующие ско-
рость продольного течения чугуна и стали при различной скорости
вращения изложницы, показы-
вают, что чем больше скорость
вращения, тем больше конеч-
ная скорость продольного те-
чения металла. Однако ско-
рость продольного течения на-
бирается не сразу, а на неко-
тором участке она даже умень-
шается (рис. 15).
Влияние скорости заливки
на продольное течение стали
приведено на рис. 17. По оси
абсцисс отложена условная ве-
личина а = —— , где q — мас-
nD
совая скорость заливки, a D —
диаметр полости формы.
Секундное количество по-
ступающего в форму металла
отнесено к единице длины ок-
Расстояние от первого контакта
Рис. 15. Влияние скорости вращения формы
на движение чугуна вдоль формы:
1 — 900 об!мин\ 2 — 1000 об(мин; 3 — 1100 об/мин;
4 — 1200 об!мин
ружности полости формы. Та-
кое выражение скорости заливки делает ее величиной, не зависящей
от диаметра формы.
Рис. 17. Влияние удельной массовой скоро-
сти залнвкн на скорость продольного дви-
жения стали при изготовлении трубиых за-
готовок длиной 3500 мм. Обозначения:
Рис. 16. Зависимость скорости
продольного движения стали в
песчаной форме от скорости ее
вращения
Скорость продольного тече-
ния потока в основном зависит о -d = 248 мм-
от q' и в меньшей степени от
иип (рис. 17). Точки, соответ-
ствующие одинаковым q' и различным D и п,
п = 7С0 об(мин;
п — 600 об!мин;
п = 380 об!мин
находятся близко друг
от друга.
На практике известен эффект увеличения скорости продольного
течения металла при весьма малой скорости вращения: металл, не во-
влеченный во вращательное движение, течет в изложнице узким пото-
32 ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
ком, как в желобе. Увеличение скорости продольного течения объяс-
няется в этом случае тем, что в узком потоке перепад уровня становится
больше, чем при распределении того же количества металла по всей
поверхности.
Относительное движение жидкости при переменной скорости вра-
щения. Как известно, при некоторой критической скорости потока
жидкости совершается переход от ламинарного движения к вихревому,
Рис. 18. Последовательность зарождения вихрей на поверхности раздела
движущихся слоев жидкости [34]
турбулентному. При центробежном литье такой переход возможен, когда
скорость относительного движения превышает некоторую критическую
величину.
Например, при относительной скорости внутреннего слоя жидко-
сти > 6,5 об!мин (пизл 350 об!мин) на свободной поверхности появ-
ляется рябь, что свидетельствует о переходе к турбулентному движению
(см. табл. 2).
При переходе ламинарного движения в турбулентное на границе двух
соседних слоев жидкости происходит усиливающееся волнообразное
искривление поверхности раздела этих слоев до тех пор, пока не
произойдет распад поверхности раздела и образование беспорядочно
движущихся вихрей (рис. 18).
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЖИДКОСТИ_______,_______________33
Особенно благоприятные условия для перехода к турбулентному
движению возникают при переменной скорости вращения изложницы.
В этом случае слои жидкости движутся с неодинаковой угловой скоро-
стью вращения и, следовательно, каждый из слоев имеет свой условный
удельный вес, соответствующий его угловой скорости.
Таким образом, имеем случай скольжения слоев с разным удельным
весом.
Вопрос об устойчивости ламинарного движения и условиях его
перехода в турбулентное при скольжении слоев с различным удельным
весом был рассмотрен Т. Карманом: «В том случае, когда плотности
слоев различны, главное значение приобретает сила тяжести. Если
тяжелый слой лежит на легком, то это расположение всегда неустойчи-
во. Если же более тяжелый слой расположен под легким, то устойчи-
вость (ламинарного режима) зависит от соотношения плотностей, от
относительной скорости и от длины волны периодического возбуждения».
Два случая, рассмотренные Т. Карманом, соответствуют случаям
ускорения и замедления вращения формы. При ускорении вращения
формы каждый наружный слой жидкости имеет большую угловую ско-
рость и, следовательно, больший условный удельный вес, чем соседний с
ним внутренний слой. Это соответствует случаю, когда легкий слой
расположен на тяжелом и ламинарный режим обладает известной
устойчивостью.
При торможении вращения формы внутренние слои жидкости
сохраняют, вследствие инерции, большую угловую скорость, чем наруж-
ные слои, которые в первую очередь тормозятся формой. Это соответ-
ствует случаю, когда тяжелый слой расположен на легком, т. е. неустой-
чивому состоянию, и приводит к турбулентному, вихревому движению.
Возникшие вихри перемещаются в толщу жидкости и перемешивают ее.
Обозначим через и и coi средний радиус и среднюю угловую скорость
какого-либо слоя вращающейся жидкости. Средний радиус и среднюю
угловую скорость соседнего, более удаленного слоя обозначим соответ-
ственно через г2 и (о2.
Условие неустойчивого состояния слоев, при котором условный удель-
ный вес внутреннего слоя больше условного удельного веса соседнего
наружного слоя, выразим следующим образом:
Примем (02 = апсо1 и г2 = ли, где т и п — коэффициенты, характери-
зующие отношение угловых скоростей и радиусов рассматриваемых
слоев. После подстановки их в формулу (45) и сокращений получим
следующее выражение для неустойчивого состояния соседних слоев при
торможении изложницы:
т2п < 1. (46)
Изложенное выше описание процессов, происходящих в жидкости
при переменной скорости вращения, является пока теоретической гипо-
тезой и требует экспериментальной проверки.
Движение жидкости в радиальных литниковых каналах при верти-
кальной оси вращения. Движение потока совершенной жидкости под
действием сил тяжести описывается уравнением Бернулли
Н + — + = const, (47)
V 2g
3 Заказ 805
34 ВОПРОСЫ ГИДРАВЛИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
где И — нивелирная высота рассматриваемого сечения потока над пло-
скостью сравнения в см;
—----пьезометрическая высота в данном сечении в см;
V2
—-----скоростной напор в данном сечении в см.
Относительное движение жидкости в радиальном канале, вращаю-
щемся вокруг вертикальной оси, описывается соответственно преобразо-
ванным уравнением Бернулли
ю + -Р_ + JL = Const, (48)
2g V 2g
где гвн — радиус свободной поверхности;
г— радиус рассматриваемого сечения потока;
v — скорость относительного движения жидкости в канале.
Составим уравнения для двух сечений вращающегося канала
(рис. 19): начального, где находится свободная поверхность жидкости,
и конечного, где жидкость вытекает из канала:
ю (гвн гвн) | р | VBH ° (гк Гвн) | Р | vk /49ч
2g Y 2g 2g Y 2g
где rK и vK — радиус конечного сечения канала и скорость жидкости
в нем;
Ген и veH — то же на внутренней поверхности.
В левой части уравнения первый член и третий равны 0, так как
давление и скорость на свободной поверхности равны 0. Внешнее дав-
ление на внутренней поверхности и в конечном сечении канала одина-
ковое и равно атмосферному.
Отсюда находим
vK = aV г2к—rlH. (50)
В частном случае, когда свободная поверхность жидкости находится
на оси вращения (гвн = 0),
ук = <огк, (51)
т. е. относительная скорость истечения достигает максимума и стано-
вится равной окружной скорости вращения на конце канала.
Если сравнить скорости истечения при вращении и при движении,
то нетрудно убедиться, что при одинаковой длине канала скорость
истечения жидкости из вращающегося канала может быть значительно
больше, так как она зависит не только от длины канала, но и от угловой
скорости вращения.
ГЛАВА III
ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
Условия затвердевания центробежных отливок во многом отличаются
от условий затвердевания отливок в неподвижных формах. Они позво-
ляют во многих случаях получать отливки высокого качества, свободные
от литейных дефектов. Однако ошибочным является мнение, что доста-
точно применить центробежное литье, чтобы во всех случаях получить
доброкачественные отливки. Центробежное литье, как и всякое другое,
требует определенного сочетания технологических параметров для
получения здоровых отливок.
ОСОБЕННОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК
Охлаждение свободной поверхности. Особенность полых центро-
бежных отливок (типа втулок, труб, колец) — это относительно большая
площадь свободной поверхности металла, омываемой воздухом, что
влияет на их охлаждение.
Охлаждение теплопередачей к стенке формы происходит по наруж-
ной поверхности и по торцам отливки (после образования усадочного
зазора между отливкой и формой контактная теплоотдача с этих по-
верхностей частично заменяется теплоизлучением).
Свободная поверхность, которая составляет около половины всей
поверхности отливки, охлаждается: 1) теплоизлучением и 2) теплопере-
дачей воздуху, который ее омывает.
Интенсивность теплоизлучения выражается зависимостью, в которой
температура охлаждающегося тела входит в 4-й степени:
где Q — потери теплоты излучением;
с — коэффициент излучения;
71 — абсолютная температура тела;
То — абсолютная температура окружающей среды.
Следовательно, наибольшая скорость охлаждения свободной поверх-
ности металла за счет теплоизлучения происходит непосредственно
после заливки.
Пока нет исследований того, какую долю в общем тепловом балансе
полой центробежной отливки составляет теплоизлучение. Однако
сравнение отливок с различным отношением диаметра и длины показы-
3*
36 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
вает, что эта доля весьма существенна. Если длина отливки I мала по
•сравнению с диаметром d, то потери теплоты излучением у такой от-
ливки больше, чем у длинной отливки.
Излучение, непосредственно направленное из точки А (рис. 19) во
внешнее пространство, характеризуется углом а, который тем больше,
чем меньше L
Увеличение угла а у коротких отливок вызывает также увеличение
интенсивности излучения, так как его максимум соответствует а = 90°.
Разница в теплоизлучении коротких и длинных отливок сказывается на
глубине расположения усадочной зоны в этих отливках (см. главы III,
IV). Следовательно, теплоизлучение существенно влияет на охлаждение
центробежных отливок.
А
Рис. 19. Схема теплоизлучения коротких и длинных от-
ливок
Охлаждение отливки воздухом, омывающим ее свободную поверх-
ность, происходит непосредственной теплопередачей при контакте воз-
духа с горячим металлом, так как газы, из которых состоит воздух, не
поглощают тепловых лучей.
Соприкасаясь с поверхностью металла, воздух не только нагревается,
но и вовлекается во вращение. Выходя из изложницы, он разбрасывает-
ся веером, что особенно хорошо наблюдать, когда к воздуху примеши-
ваются горящие или дымящие газы (например, при заливке песчаных
форм).
На место выходящего горячего воздуха в изложницу поступает по оси
вращения холодный воздух.
При вертикальной оси вращения циркуляция происходит интенсивно,
поскольку нагретый воздух поднимается, а холодный опускается
(рис. 20). При горизонтальной оси вращения циркуляция воздуха
будет происходить только у крышек изложницы, где нагретый воздух
граничит с холодным наружным воздухом по вертикальной плоскости
раздела. В этой плоскости вращающаяся крышка создает вентиляцион-
ный эффект — отбрасывание выходящего из формы нагретого воздуха и
поступление в нее холодного воздуха (рис. 21).
Если ось вращения изложницы расположена наклонно и крышки
с обеих сторон открыты, то создается постоянная тяга и происходит
наиболее интенсивное охлаждение воздухом внутренней поверхности
отливки.
Для количественной оценки теплоотдачи от внутренней поверхности
отливки омывающему ее воздуху В. Г. Полищук определял скорость и
температуру воздуха, движущегося через полость отливки [64].
Опыты производили при литье чугунных труб. Осевую скорость
воздуха определяли анемометром, а его температуру — термопарой.
Уклон изложницы 6° создавал постоянную тягу воздуха от раструбной
ОСОБЕННОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТЛИВОК
37
части к гладкому концу. Замеры показали, что скорость воздуха на вхо-
де (у раструба) составляет 1,49 м/сек, а температура 40° С; на выходе —
соответственно 1,8 м/сек н 120° С.
Касательная скорость воздуха относительно отливки принималась
равной окружной скорости на свободной поверхности (в действительно-
сти воздух частично вовлекается во вращение).
По формулам общей теплотехники для случая турбулентного движе-
ния воздуха был рассчитан коэффициент теплоотдачи на свободной
поверхности отлитой трубы a = 14 ~ 15,8 ккал/(м2-град). Так же была
определена доля теплоты, отводимой воздухом, в общем количестве
теплоты, которую отдает отливка.
При литье чугунных труб в водоохлаждаемую изложницу без тепло-
изолирующей футеровки эта доля незначительна и составляет всего
1,26%, тогда как при литье труб в пес-
чаные формы доля теплоты, отводи-
мой воздухом, увеличивается до 16,2%.
У толстостенных полых отлнвок эта
доля должна быть больше, чем у труб.
Рис. 20. Схема цирку- Рис. 21. Схема циркуляции воздуха
ляцин воздуха при при горизонтальной оси вращения
вертикальной оси вра-
щения
Охлаждение центробежных отливок снаружи зависит от теплопро-
водности материала формы, соотношения между толщиной отливкн и
толщиной стенки изложницы, аккумулирующей тепло, от интенсивности
охлаждения изложницы (от системы ее охлаждения), величины воздуш-
ного зазора между отливкой и формой.
Одним из распространенных методов снижения скорости охлажде-
ния центробежной отливки является нанесение на металлическую из-
ложницу слоя сыпучего теплоизолирующего материала.
Для сравнения температурных условий прн центробежном литье с
теплоизолирующим покрытием и без него приведены температурные
кривые, полученные при литье стали в изложницу с песчаной футеров-
кой (рис. 22) [100] и при литье чугуна в иефутерованную изложницу
(рис. 23) [120].
Условия литья в обоих случаях были различные. Сталь 35 заливали
при 1590—1600°С (в ковше); толщина стенки отливки 38 мм. Чугун за-
ливали при 1350° С; толщина стенки отливки не превышала 10 мм.
Несмотря на эту разницу, сравнение температурных кривых вполне
возможно. Сравнение показывает, что при литье с футеровкой (толщи-
на 5 мм) разность между температурами металла н формы возрастает
примерно вдвое, перепад температуры в стенке изложницы уменьшается
в 4 раза, а максимальная температура — в 2,5 раза. Теплоизолирующая
футеровка обеспечивает замедленное охлаждение отливки, снижение
температурных напряжений в изложнице.
38
ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
Согласно исследованиям К. У. Цветненко коэффициент теплопровод-
ности сыпучих материалов, применяемых для покрытия изложниц (су-
хой кварцевый песок, смесь песка и пульвербакелита), составляет 0,6—
0,74 ккал/(м-ч-град) [100].
Влияние скорости вращения на охлаждение отливки. Увеличение
скорости вращения и соответствующее повышение давления жидкого
металла тормозит усадку отливки и уменьшает воздушный зазор между
отливкой и формой, что усиливает охлаждение отливки и ускоряет ее
затвердевание.
Эти зависимости были исследованы Г. С. Мирзояном и В. Ф. Завья-
ловым на отливках из углеродистой стали [56].
Данных о влиянии скорости вра-
щения на охлаждение центробежных
отливок из других сплавов не
имеется.
Рнс. 22. Изменение температуры при
литье стали в футерованную изложни-
цу с водяным струйным охлаждением.
Места замера температуры:
I н 2 — наружная и внутренняя поверхно-
сти изложницы; 3 — слой футеровки; 4 —
внутренняя поверхность отливки
Рис. 23. Изменение температуры на
внутренней (/) и наружной (2) по-
верхностях нефутерованной изложни-
цы при лнтье чугуна (температура за-
ливки 1350° С)
Конвекция в жидком металле. При литье толстостенных изделий на
условия охлаждения влияют конвекционные потоки, возникающие в са-
мом жидком металле. Конвекционные потоки в охлаждаемом металле
появляются вследствие того, что охлажденные слои имеют более высо-
кую плотность и под действием сил тяжести или центробежных сил
«тонут» в более нагретой и, следовательно, менее плотной жидкости.
Существование конвекционных потоков в жидком металле подтверж-
дается специальными экспериментами. Такие эксперименты, связанные
с измерением температур в различных частях жидкого объема, были
проведены В. О. Гаген-Торном и И. Б. Гохштейном [21] и позднее по дру-
гой методике Шаумом. В некоторых случаях возможно также прямое
наблюдение, конвекционных движений на зеркале металла («игра» ме-
талла), которые становятся видимыми из-за перемещения окисных пле-
нок на его поверхности.
В условиях центробежного литья, как было указано выше, подъем-
ные силы возрастают в отношении гравитационного коэффициента
В этих условиях конвекция будет возникать даже при небольшой разно-
сти температуры (и соответственно плотности) в отдельных слоях жид-
кости. Разумеется, что конвекция возможна только при малой вязкости
расплава. Конвекция возникает при нарушении равновесия в массе жид-
кости. Рассмотрим на примере слитка, получаемого обычными способа-
ми литья, при каких условиях охлаждения будут возникать в нем кон-
КИНЕТИКА ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВОК 39
векционные движения. Если производить наиболее сильное охлаждение
слитка сверху и с боков, то охлажденный слой, примыкающий к боковым
стенкам и зеркалу металла, будет иметь более высокую плотность, чем
слои, расположенные ближе к центральной зоне. Равновесие в жидкой
массе при этом будет нарушено и внутренние легкие слои начнут всплы-
вать, а тяжелые опускаться на дно слитка. В том случае, когда слиток
охлаждается только снизу, равновесие в жидкости не нарушится, так
как наиболее холодные и тяжелые слои будут находиться внизу, а горя-
чие наверху.
Аналогично этому и в центробежных отливках возникновение конвек-
ционных потоков зависит от условий охлаждения. Если отливка цилинд-
рической формы охлаждается со стороны наружной поверхности (на-
пример при литье сплошной заготовки), те наиболее холодные слои бу-
дут находиться на периферии, а наиболее горячие — на оси вращения.
Равновесие в жидкости в этом случае не будет нарушено и конвекция не
возникает. Совершенно иная картина наблюдается при охлаждении от-
ливки по внешней и внутренней поверхности (при литье полых загото-
вок). Равновесие в слое жидкости нарушается, и охлажденный на внут-
ренней поверхности металл отбрасывается на периферию, а горячий
металл всплывает на внутреннюю поверхность.
При охлаждении толстостенной полой отливки в условиях вращения
распределение температуры в ней можно представить следующим об-
разом: в первом слое, начиная от наружной поверхности, на некоторую
глубину температура металла быстро растет, а затем во втором слое,
ближе к внутренней поверхности, рост температуры приостанавливается
из-за охлаждения изнутри.
В первом слое равновесие в жидкости не нарушается, и конвекцион-
ные потоки там не возникают. Во втором слое равновесие непрерывно
нарушается — охлажденный с внутренней поверхности металл «тонет», а
на его место всплывает горячий металл. Вследствие большой теплопро-
водности металла «тонущий» слой быстро нагревается, его температура
уравнивается с окружающим металлом, и дальнейшее движение его
вглубь прекращается. Таким образом, во внутреннем слое непрерывно
происходит циркуляция. Поэтому постоянно поддерживается такое рас-
пределение температуры в этом слое, при котором она повышается от
периферии к центру. Этим создаются предпосылки для направленного
затвердевания в наружном и во внутреннем слоях отливки. Соотношение
толщин наружного и внутреннего слоев зависит от соотношения скорос-
тей охлаждения снаружи и изнутри.
КИНЕТИКА ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВОК
Кинетика затвердевания представляет собой одну из важнейших ха-
рактеристик процесса литья, знание которой имеет и теоретическое, и
практическое значение.
Затвердеванию стационарных отливок посвящены многочисленные
работы, тогда как исследования затвердевания центробежных отливок
впервые проведены лишь в последние 10—15 лет советскими исследова-
телями, которые нашли способы регистрации толщины затвердевшего
слоя во вращающейся отливке.
В настоящее время имеется несколько таких способов.
Способ выливания заключается в остановке вращающейся формы.
Жидкий металл стекает в нижнюю половину формы, а в верхней поло-
40 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
вине остается затвердевший слой металла. Недостаток этого способа
состоит в том, что для каждого замера необходима отдельная отливка.
Способ забрасывания кусочков металла предложен К. У. Цветненко
и Н. В. Рулла. В полость отливки вводят штангу, на которой установлен
ряд гнезд с заложенными в них ферровольфрамовыми шариками. При
повороте штанги шарики погружаются в жидкий металл и оседают на
Рис. 24. Макроструктура центробежной отливки. Полосы
указывают положение фронта кристаллизации при тормо-
жении изложницы
поверхности твердого или твердо-жидкого слоя. Повторяя эту операцию
через заданные промежутки времени, можно по расположению шариков
в отливке получить данные о кинетике ее затвердевания. Недостаток
этого способа состоит в необходимости послойной обточки отливки.
Способ заливки жидкого свинца заключается в периодической за-
ливке порций жидкого перегретого свинца, который, погружаясь в жид-
кий металл, оседает на поверхности затвердевшего слоя [32].
Недостаток этого способа: его нельзя применять для исследования
отливок из стали, так как температура заливки стали выше температуры
кипения свинца.
КИНЕТИКА ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВОК 41
Способ торможения [45]. Форму с металлом через определенные про-
межутки времени притормаживают. Скольжение жидкого металла по
фронту затвердевания фиксируется на макроструктуре в виде колец
(рис. 24).
Недостаток этого способа: торможение изложницы с металлом тре-
бует применения специальных устройств. Кроме того, само динамичес-
кое воздействие, как будет показано ниже, влияет на ход кристаллиза-
ции отливки.
Способ меченых атомов [32]. После заливки основной массы металла
в заданный момент времени доливают порцию металла, содержащего
радиоактивный изотоп. Слой металла, затвердевший к этому времени,
на радиограмме будет выделяться более светлььм оттенком. Недостаток
этого метода: он фиксирует только один момент в ходе затвердевания
отливки.
Перечисленные способы исследования затвердевания центробежных
отливок применимы до тех пор, пока в отливке имеется зона полностью
жидкого металла.
Н. В. Рулла предложил способ исследования заключительной стадии
затвердевания отливки [73]. На внутреннюю полость отливки направляют
оптический пирометр частичного излучения, показания которого фикси-
руются на ленте быстродействующего электронного потенциометра. На
кривой температур фиксируют три стадии затвердевания: первая — от
температуры заливки до ликвидуса, вторая — от ликвидуса до солидуса
и третья — охлаждение ниже солидуса.
Проведенные различными методами исследования зафиксировали
влияние различных параметров на ход затвердевания. На рис. 25 пока-
зано влияние толщины песчаной футеровки на затвердевание стальной
трубной заготовки [105]. При исследовании использовали метод забра-
сывания вольфрамовых шариков, а заключительную стадию затверде-
вания изучали по методике Н. В. Рулла. Параметры отливки приведены
в табл. 3.
Таблица 3
Влияние толщины футеровки на затвердевание отливки
Состав металла в %
Мп Si S Р
1 0,22
2 0,20
3 0.19
0,44
0,51
0,42
0,15
0,61
0,24
0,024
0.023
0,023
0,050
0,035
0,032
Температура в °C Размеры отливки в мм
залив- ки ликви- дуса фор- мы1 2 наружный диаметр толщина стенки
1625 1516 65 242 48
1610 1513 50 242 49
1620 1519 60 238 44
4,2
4,8
6,5
1 Скорость вращения формы 700 об]мин.
2 Длина отливки 3500 мм.
Кривые (рис. 25) относятся к сечению отливки, расположенному на
расстоянии 1400 мм от переднего торца (со стороны заливки).
Из рис. 25 видно, что уменьшение толщины футеровки существенно
увеличивает скорость кристаллизации. Чем дальше от места заливки
(рис. 26), тем быстрее нарастает толщина затвердевшего слоя. Это мож-
но объяснить тем, что по мере течения вдоль изложницы металл посте-
пенно охлаждается и потому кристаллизуется быстрее.
42 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
В сечении /V, расположенном близко к задней крышке (на расстоя-
нии 370 мм), сказываются, кроме того, добавочное охлаждение отливки
по торцу, увеличенные потери тепла излучением и т. д.
Толщина затвердевшего слоя
Рис. 25. Влияние песчаной футе-
ровки на затвердевание стальной
отлнвки
Рнс. 26. Зависимость толщины 6
затвердевшего слоя от времени на
различных расстояниях от перед*
него торца отливки (со стороны
заливки металла); / — на расстоя-
нии 1400 мм; // — 1970 ля; III —
2550 мм; IV — 3130 мм
Посредством дифференцирования получены кривые изменения ско-
рости продвижения фронта затвердевания отливки (рис. 27), которая
сначала уменьшается, а к концу затвердевания несколько возрастает
(в других исследованиях это явление не
отмечено).
По данным исследований кинетики за-
твердевания стационарных отливок меж-
ду толщиной затвердевшего слоя и про-
Рнс. 28. Влияние скорости вра-
щения формы на скорость за-
твердевания отливки из ста-
ли 35 (Dnap = 240 мм; толщи-
на стенки 95 мм; толщина футе-
ровки 3 мм):
1 — п =- 300 об!мин {k =- 12.5); 2 —
п =- 600 об[мин (ft =- 50)
Рис. 27. Скорость затвердевания
отливкн (по данным рис. 26)
должительностью затвердевания существует степенная зависимость. За-
твердевание центробежных отливок описывается в общем той же зави-
симостью. Увеличение скорости вращения формы несколько увеличивает
скорость затвердевания отливки (рис. 28) [55].
Предполагают, что причина этого явления заключается в торможении
усадки и уменьшении усадочного зазора под давлением вращающегося
металла (см. ниже, стр. 45), что приводит к ускоренному охлаждению
отливки.
УСАДОЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 43
УСАДОЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Усадочные явления в полых отливках при одностороннем охлаж-
дении. При литье сплошных или полых заготовок с горизонтальной
осью вращения и закрытыми торцами (описание заливочного устройст-
ва по методу «закрытых торцев» см. в главе V) происходит односторон-
нее охлаждение и направленное затвердевание. В отливках из сплавов
с узким интервалом затвердевания усадочная раковина имеет вид ци-
линдрического отверстия, расположенного по оси вращения. Усадка при-
водит лишь к уменьшению толщины стенки отливки 1.
Более сложная картина наблюдается у сплавов с широким интерва-
лом затвердевания. По современным представлениям в затвердевающем
объеме такого сплава имеются следующие зоны: полностью твердого
металла; твердо-жидкого металла, где непрерывной фазой является
твердый металл в виде дендритов, а между дендритами жидкая фаза;
жидко-твердого металла, где непрерывной фазой является жидкий
металл, в котором возникают изолированные друг от друга дендриты
твердого металла, и, наконец, зона полностью жидкого металла.
Перечисленные зоны затвердевания располагаются от периферии
центробежной отливки к ее внутренним слоям. Процесс усадки и пита-
ния в этих условиях можно представить следующим образом.
Вначале происходит образование корочки полностью твердого слоя,
после чего в результате роста дендритов от периферии к центру обра-
зуется твердо-жидкая зона. Остальной металл находится в жидком со-
стоянии. По мере охлаждения в нем возникают из многочисленных
центров кристаллизации мелкие первичные дендриты, которые под дей-
ствием центробежной силы отбрасываются к периферии и смыкаются с
дендритами твердо-жидкой зоны, уплотняя ее.
Усадка на этой стадии затвердевания компенсируется жидким ме-
таллом из центральных слоев.
После того, как внутренние слои отливки достигнут температуры
ликвидуса, зона полностью жидкого металла исчезает, а жидко-твердая
зона вследствие срастания изолированных дендритов превращается в
твердо-жидкую. На этой стадии питание усадки происходит посредством
фильтрации маточной жидкости сквозь сетку дендритов.
Маточная жидкость, расходуемая на питание, уже не может быть
полностью компенсирована поступлением свежей жидкости из внутрен-
ней зоны. Кроме того, сужение дендритных каналов и рост вязкости
маточной жидкости увеличивают гидравлические сопротивления ее пере-
движению. Питание затрудняется, и отдельные малые объемы металла
остаются изолированными. Таким образом, поры возникают в местах,
из которых ушла на питание усадки маточная жидкость, и в затвердев-
ших изолированных объемах, не получивших питания.
При литье в песчано-глинистые формы питание при усадке происхо
дит под действием силы тяжести. Центробежная сила, превышающая
силу тяжести в десятки раз, способствует усиленной пропитке межден-
дритных объемов маточной жидкостью. Необходимо подчеркнуть, что
гидравлический механизм питания при центробежном литье отличается
от питания, осуществляемого внешним гидравлическим давлением.
Это давление расходуется на продавливание жидкости через сопро-
тивления и по мере удаления от источника давления уменьшается.
1 Например, в отливках из чистого алюминия (99.8% А!) [119].
44 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
Под действием центробежной силы любая, в том числе и изолирован-
ная, частица жидкости стремится передвигаться радиально, причем тем
быстрее, чем дальше она удалена от оси вращения. Это передвижение
может происходить и в случае, когда на нее действует, кроме собствен-
ной центробежной силы, также напор от соседних, следом идущих частиц
жидкости, и в случае, когда такого напора нет. Более того, движение
частиц жидкости, ускоренных центробежной силой, вызывает всасывание
жидкости, подобное всасыванию центробежного насоса.
На плотность отливок и толщину пористой зоны влияют интенсив-
ность охлаждения наружной поверхности (рис. 29) и скорость вращения
[56]. Соответствующие исследования были проведены при литье стали 35
на горизонтальной машине по методу закрытых торцов (см. главу V).
Усадка полых отливок при дву-
стороннем охлаждении. Как указы-
валось выше, охлаждение отливки
изнутри вызывает конвекцию в жид-
ком металле, вследствие которой ох-
лажденный металл отбрасывается
на периферию, а наиболее горячий
перемещается внутрь. Казалось, что
в этих условиях усадочные процес-
сы в полых отливках должны быть
такими же, как в сплошных, т. е.
должно иметь место направленное
затвердевание. Однако практика не
подтвердила этого предположения,
возникает усадочная зона. Увели-
Рис. 29. Зависимость толщины бп э по-
ристой зоны от толщины дп.п песчано-
го покрытия изложницы (параметры от-
ливки см. рис. 28)
Внутри полых отливок постоянно
чение скорости вращения не устраняет этого явления.
Особенности кристаллизации наиболее четко наблюдаются в полых
отливках из сплавов с широким интервалом кристаллизации. По-види-
мому, двустороннее охлаждение вызывает несколько иное расположение
зон кристаллизации.
Понижение температуры ниже линии ликвидуса на внутренней по-
верхности вызывает выпадение там изолированных кристаллов, тогда
как в толще сечения металл по-прежнему остается полностью жидким.
Под действием центробежных сил возникшие изолированные ден-
дриты перемещаются к периферии и там срастаются с твердо-жидкой
зоной, нарастающей от периферии к центру. Однако в дальнейшем, когда
происходит увеличение вязкости расплава, движение изолированных
дендритов замедляется и они срастаются, образуя на внутренней поверх-
ности сначала твердо-жидкую зону, а затем и полностью твердую. С это-
го момента отливка состоит из сплошной твердой оболочки, внутри
которой заключен некоторый объем жидкого металла. В этих условиях
неизбежно образование усадочной полости внутри отливки.
Характер и расположение усадочной полости могут быть различными
в зависимости от природы сплава и условий охлаждения.
Концентрированные раковины характернее для отливок из сплавов
с узким интервалом кристаллизации. Они образуются также в местах,
покрытых шлаком, где остывание замедленное.
Усадочная пористость чаще встречается у сплавов, затвердевающих
в широком интервале температур и образующих каркас из дендритов.
Чем быстрее происходит охлаждение, тем меньше область одновре-
менного существования твердой и жидкой фазы и тем меньше зона рас-
УСАДОЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 45
пространения усадочной пористости. Расположение этой зоны в сечении
полой цилиндрической отливки зависит от соотношения скоростей ох*
лаждения наружной и внутренней поверхностей.
Чем больше скорость охлаждения наружной поверхности отливки
по сравнению со скоростью охлаждения со стороны внутренней поверх-
ности, тем ближе к внутренней поверхности расположится усадочная
зона.
Рис. 30. Одностороннее смещение отливки вследствие
залива
Усиленное охлаждение внутренней поверхности оказывает обратное
влияние: усадочная зона несколько отодвигается в глубь сечения от-
ливки.
От глубины расположения усадочной зоны зависит величина припус-
ка на механическую обработку центробежной отливки (см. главу IV).
Характерным примером влияния условий охлаждения на глубину
расположения усадочной зоны являются короткие и длинные отливки:
в первых усадочная зона всегда располагается
глубже вследствие увеличенной теплоотдачи с
внутренней поверхности (см. рис. 62).
При небольшой толщине стенки отливки и
резком охлаждении снаружи происходит на-
правленное затвердевание, усадка только по-
нижает уровень свободной поверхности ме-
талла (такое явление наблюдается при литье
труб).
Существуют сплавы, твердая фаза кото-
рых имеет меньшую плотность, чем жидкая
(например заэвтектический силумин), и др.
У этих сплавов на внутренней поверхности
быстро образуется твердая оболочка, так как
Рис. 31. Центрирующие
приливы в отливке
возникающие здесь кри-
сталлы не «тонут».
Образование усадочной зоны в теле отливки в этом случае неизбежно.
Усадочные зазоры. Уменьшение размеров отливки при усадке и од-
новременное увеличение размеров формы от нагрева приводит к образо-
ванию зазора между отливкой и формой, что в условиях центробежного
литья может вызвать смещение отливки относительно осн вращения,
появление дисбаланса и вибрации.
Смещение отливки и вращение ее с формой в смещенном положении
может произойти в случае, когда отливка небольших размеров в какой-
либо части связана с формой, как это показано на рис. 30. При этом
возникает возмущающая центробежная сила; хотя эта сила не достигает
опасных величин из-за небольшой усадки, однако она нарушает спокой-
ный ход машины и вызывает вибрацию со всеми ее последствиями.
46 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
Если крупногабаритная отливка не связана с формой, то при гори-
зонтальной оси вращения она вследствие уменьшения диаметра от усад-
ки опускается и перекатывается в форме.
Если форма имеет песчаную футеровку, то перекатывающаяся отлив-
ка образует в ней бугры, появляется стук и вращение приходится пре-
кращать.
При правильно выбранной технологии (толщине футеровки, режиме
заливки, охлаждении изложницы и др.) полное затвердевание отливки
наступает до появления стука.
Центрирование отливок в форме может быть достигнуто при исполь-
зовании специальных приливов (рис. 31). Приливы не препятствуют
усадке отливки в радиальнохМ направлении.
ОСОБЕННОСТИ, СВЯЗАННЫЕ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ДАВЛЕНИЕМ
ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНОМ ЛИТЬЕ
Сравнение давления при обычном и центробежном литье. В главе II
отмечалось, что при центробежном литье нарастание гидростатического
давления по мере удаления от свободной поверхности, где давление
равно нулю, происходит значительно быстрее, и поэтому давление в
слоях, расположенных на периферии, значительно выше, чехМ при обыч-
нохМ литье.
Для примера сравним отливку втулки, полученную центробежным и
обычными способами (рис. 32). Наружный диаметр ее 170 мм. внутрен-
ний 140 мм. Высота стояка при литье в песчано-глинистую форму
200 мм. скорость вращения при центробежном литье 700 об!мин (А=37).
Простой расчет показывает, что при литье в песчано-глинистые фор-
мы наименьшее давление составляет 0,08 кгс!см2. а наибольшее
0,199 кгс!см? (максимальное давление на наружной поверхности в ниж-
ней точке). При центробежном литье наибольшее давление составляет
0,44 кгс!см?. а давление 0,199 кгс!см2 действует на глубине 0,7 мм от
внутренней поверхности втулки.
Приведенный пример относится к тонкостенным отливкам. При цент-
робежном литье толстостенных изделий увеличение давления сказывает-
ся еще больше.
Повышенное давление вызывает ряд особенностей в процессе затвер-
девания и влияет на: а) заполнение формы; б) питание отливки при усад-
ке из прибыльной части; в) газовыделение; г) величину усадки и ско-
рость охлаждения отливки; д) образование горячих трещин.
Влияние давления на заполнение формы. Как известно поверхност-
ное натяжение стремится придать жидкости наименьшую поверхность.
Вследствие этого острые углы формы оказываются незаполненными
(рис. 33). Повышенное давление преодолевает силу поверхностного натя-
жения металла, и степень заполнения угла увеличивается.
Увеличенное давление развивается при центробежном литье любой
изолированной частицей металла, встречающей препятствие при своем
движении, поскольку она «оживлена» центробежной силой, в десятки
раз превышающей силу тяжести.
Поэтому когда в форму попадают первые небольшие порции металла
и даже отдельные капли, они преодолевают сопротивления, связанные
с вязкостью металла и его поверхностным натяжением, проникают в
тонкие извилины металлической формы и дают точный ее отпечаток.
ОСОБЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНОМ ЛИТЬЕ 47
К моменту, когда в форму поступят большие массы металла и будет
достигнуто полное давление, оно почти не влияет на заполнение релье-
фа, так как поверхностный слой отливки, прилегающий к форме, уже
затвердевает. Именно «микродавление» первых порций металла позво-
ляет получать центробежные отливки с весьма точным рельефом, что
недостижимо при литье в неподвижные формы.
В некоторых случаях повышенное давление влияет отрицательно, на-
пример при центробежном литье в песчаные формы, изготовленные из
крупнозернистого песка, или при недостаточном уплотнении формы ме-
талл под давлением затекает в поры между зернами песка и, затверде-
вая, прочно их охватывает, в результате чего на поверхности отливки
образуется слой так назы-
Рис. 32. К сравнению давления металла при
литье в песчано-глинистые формы и цеитро- Рис. 33. Схема влияния давления
бежным способом на заполнение формы
При заполнении формы металлом давление воспринимается стенкой
формы. Если прочность формы (речь идет о песчаной форме) недоста-
точна, в ней образуются вмятины или трещины, а в отливке — подутости
или наросты. При центробежном литье из-за повышенного давления
требуется повышенная прочность песчаной формы.
Питание при усадке. Положительное влияние повышенного давле-
ния при центробежном литье на питание при усадке отмечено выше.
По мере удаления от оси вращения давление резко возрастает и ус-
ловия питания становятся более благоприятными; это является одной из
причин того, что в наружных зонах центробежных отливок усадочные
раковины не встречаются. Положительное действие давления в отноше-
нии устранения рассеянной усадочной пористости в ряде цветных спла-
вов установлено широкоизвестными работами А. А. Бочвара и
А. Г. Спасского. Это действие не ограничивается улучшением гидравли-
ческих условий питания, а сказывается также в том, что давление умень-
шает выделение газов из металла в период его затвердевания.
Влияние давления на усадку и скорость охлаждения отливки. Уве-
личение давления жидкого металла при центробежном литье затрудня-
ет усадку отливки. Как показали Г. С. Мирзоян и В. Ф. Завьялов, усадка
центробежных стальных отливок зависит от скорости вращения
(рис. 34).
Торможение усадки приводит к тому, что рост усадочного зазора
между отливкой и формой замедляется, а скорость затвердевания от-
ливки несколько возрастает. Этим исследователи объясняют изменения
в макроструктуре центробежных отливок при различной скорости вра-
щения. Предложенное объяснение не учитывает, однако, того, что
48 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
скорость вращения влияет не только на усадку и охлаждение отливки,
но также на продолжительность и интенсивность относительного дви-
жения жидкого металла в период кристаллизации.
Этот фактор, как показано ниже, существенно влияет на формирова-
ние макроструктуры центробежных отливок.
Влияние давления на образование трещин. С момента образования
твердой корочки на поверхности отливки, и в особенности с момента
образования зазора между твердой
Рис. 34. Зависимость линейной усадки е
стальной отливки от скорости вращения
формы
жет быть найдено, если разделить
ного сечения сосуда:
оболочкой отливки и стенкой формы,
гидравлическое давление жидкого
металла, заполняющего формы, це-
ликом воспринимается затвердев-
шей оболочкой отливки.
Рассмотрим отливку цилиндри-
ческой формы, вращающуюся во-
круг горизонтальной оси. Затвер-
девшую оболочку можно рассмат-
ривать как стенку тонкостенного
цилиндрического сосуда, нагружен-
ного изнутри давлением. Наиболее
опасным сечением такого сосуда яв-
ляется продольное.
Напряжение в этом сечении мо-
силу давления на площадь продоль-
ст
рр
2d
(52)
где о — напряжение в продольном сечении в кгс/см2\
р — давление жидкого металла на стенку сосуда в кгс!см2\
D — внутренний диаметр сосуда в см;
б — толщина стенки сосуда в см,
В поперечном сечении полой цилиндрической отливки напряжение
Р
а =------
nDd
где Р — сила давления на торцовую стенку отливки в кгс\
л£>б — площадь поперечного сечения стенки сосуда (затвердевшей
стенки отливки) в см2.
Подставляя значение Р и произведя сокращения, получим
Q _^p(D2-d2)
1 8Dd ’
где d — внутренний диаметр отливки в см.
Наибольшее напряжение при d = О
р£) . 9
Oj = —— кгс!см2,
т. е. в 4 раза меньше, чем в продольном сечении.
Поэтому продольные трещины при центробежном литье цилиндриче-
ских заготовок встречаются чаще, чем поперечные, которые появляются
только при затрудненной продольной усадке длинных отливок.
Исследования механических свойств углеродистых сталей вблизи
температуры солидуса (табл. 4) дают представление о допустимых на-
пряжениях в затвердевшей оболочке отливки [29].
ХИМИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВКАХ 49
Из табл. 4 видно, что деформационная способность затвердевшей
оболочки указанных сталей значительна и соизмерима с величинами
усадки. Увеличенное давление, возникающее при центробежном литье,
если оно не превосходит какой-то критической величины, приводит не к
разрыву оболочки, а к ее растяжению. Растянутая оболочка, по-видимо-
му, сохраняет некоторое время кон-
такт с формой.
Чем меньше скорость заливки,
Таблица 4
Допустимые напряжения в затвердевшей
оболочке стальной отливки
тем меньше толщина жидкого слоя в отливке, а следовательно, и дав- ление на затвердевшую оболочку. В такой же прямой зависимости на- Сталь Относительное удлинение в % Допустимое напряжение в кгс;мм*
ходится давление и от скорости вра- Ст. 3 2,10 ’ 0,93
щения. Правильный выбор этих 45 ЯЛ 2.40 2.65 I 0,86 0,53
технологических параметров имеет значение для борьбы с трещинами. OV
Помимо технологических факторов, едва ли не важнейшую роль в
появлении трещин играет так называемая трещиноустойчивость литых
сплавов.
ХИМИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ (ЛИКВАЦИЯ)
В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВКАХ
В центробежных отливках химическая неоднородность наблюдается
главным образом по радиальному направлению, и только в очень длин-
ных отливках — по осевому направлению. Химическая неоднородность
в центробежных отливках выражена более резко, чем в обычных отлив-
ках, так как относительное перемещение составляющих сплава различ-
ной плотности (и различной температуры кристаллизации) происходит
в центробежном силовом поле с большей интенсивностью. С увеличени-
ем скорости вращения возрастает ликвация элементов по плотности.
А. А. Рыжиков исследовал влияние скорости вращения на ликвацию
при центробежном литье углеродистой стали. Результаты исследования
показывают усиление ликвации при увеличении скорости вращения
(рис. 35).
Для более отчетливого выявления зависимости химической неодно-
родности от скорости эти же данные представлены в несколько ином
виде на рис. 36, где по оси ординат отложено отношение максимального
содержания в процентах ликвирующего элемента к минимальному.
Сплавы, склонные к обратной ликвации, т. е. к концентрации легких со-
ставляющих на периферии, проявляют эту склонность и при центробеж-
ном литье. Причем обратная ликвация резко зависит от скорости вра-
щения.
Не все элементы сплава ликвируют одинаково. В углеродистой стали
сильно ликвируют от периферии к центру углерод и сера, слабо —
кремний.
По данным исследования Люкерата газы, содержащиеся в углеро-
дистой стали, также ликвируют в основном от периферии к центру. Од-
новременно наблюдается некоторое увеличение содержания газов в
верхних сечениях отливки, что можно объяснить вертикальным располо-
жением оси вращения в опытах Люкерата, а также большой длиной от-
ливки (более 2 л*). В легированных сталях элементы (хром, никель, мо-
либден) ликвируют слабо.
4 Зака< 805
50 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
В отливках из серого чугуна особенно сильно ликвирует сера, содер-
жание которой на внутренней поверхности отливки в несколько раз пре-
вышает ее среднее содержание в металле.
По данным С. А. Шамиргона в тракторных гильзах, полученных
центробежным способом, при среднем содержании серы 0,11 % в корке
на внутренней поверхности отливки было 1,15% серы. Сильная ликва-
ция серы в чугуне объясняется тем, что она образует соединения, плот-
ность которых значительно меньше плотности маточного раствора.
Ликвация фосфора в чугуне происходит по направлению к наружной
поверхности вследствие высокой плотности эвтектики, а также вследст-
вие того, что фосфидная эвтектика
затвердевает в последнюю очередь.
Значительная часть марганца в
чугуне находится в соединении с
серой и также ликвирует к внутрен-
ней поверхности.
Рис. 35. Ликвация элементов С, Р, S
при центробежном литье углеродис-
той стали в зависимости от скорости
вращения формы:
-----------100 об/лшн;
------400 об[мин
Рис. 36. Влияние скорости вращения
на ликвацию элементов при литье
углеродистой стали
Углерод графита в сером чугуне ликвирует к внутренней поверхно-
сти, а ликвация связанного углерода проявляется незначительно.
Наиболее сильной ликвации подвержены сплавы с ограниченной
растворимостью компонентов, к тому же сильно разнящихся по плотно-
сти, например свинцовистая бронза; центробежное литье этой бронзы
стало возможно только после разработки специальных технологических
приемов, препятствующих развитию ликвации.
Обратная ликвация. При обратной ликвации компоненты с малой
плотностью концентрируются на периферии отливки.
По данным А. И. Байкова в центробежных отливках из силумина
доэвтектической концентрации содержание кремния на наружной по-
верхности больше, чем на внутренней, что указывает на обратную лик-
вацию кремния [3]. Л. Норскотт и В. Дикин наблюдали обратную лик-
вацию при центробежном литье сплавов меди с оловом, алюминия с маг-
нием и др.
Механизм образования обратной ликвации заключается в следую-
щем. По мере образования на периферии скелета из первично выпада-
ХИМИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ в ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВКАХ 51
ющих дендритов и усадки окружающей их жидкости в междендритное
пространство поступает из центральных слоев отливки маточный рас-
твор, обогащенный примесями, имеющими пониженную плотность.
Перемещение маточного раствора происходит вследствие разности
давлений между центральными и периферийными частями отливки.
В периферийных частях давление из-за усадки уменьшается. Под гидро-
статическим давлением маточиая жидкость из центральной части пере-
мещается по междендритным капиллярам, заполняя образующиеся
усадочные пустоты.
Прямая ликвация происходит в начальный период затвердевания,
когда большая часть металла находится в жидком состоянии и действу-
ет закон всплытия легких компонентов сплава, обратная же ликвация —
в более поздний период, когда осуществляются усадка и питание пери-
ферийных затвердевающих слоев отливки за счет внутреннего жидкого
металла.
Так как питание в условиях центробежного литья происходит под
высоким давлением, то естественно, что явление обратной ликвации в
центробежных отливках нз сплавов, которым оно свойственно, прояв-
ляется резче, чем в обычных отливках.
Приведенные отдельные исследования ликвации, конечно, не могут
вскрыть количественных закономерностей этого процесса, которые могли
бы быть использованы при проектировании технологии центробежного
литья той или иной детали. Чтобы накопить необходимый для этого
опытный материал, ликвационные явления при центробежном литье
различных сплавов подлежат специальному изучению с точным учетом
всех технологических факторов — динамических, теплофизических и др.
Подобное исследование было проведено, например, при центробеж-
ном литье валков холодной прокатки из сталей 9Х и 9X2 диаметром 90,
240 и 250 мм [77].
Исследование показало, что валки диаметром до 200 мм можно из-
готовлять в песчаных формах, а диаметром до 250 мм — в металличес-
ких формах при степени ликвации наиболее ликвирующих элементов С
и S в пределах, допускаемых марочником на зти стали.
Дальнейшее накопление опытных данных позволит подойти к более
точному выявлению количественных закономерностей ликвации при
центробежном литье. Качественные закономерности процесса ликвации
в центробежных отливках яснее, нежели количественные. Два техноло-
гических факторов — режим вращения и режим охлаждения отливок —
в основном влияют иа этот процесс.
Усиление ликвации элементов при больших скоростях вращения от-
мечалось при литье стали и бронз [76]. Однако в некоторых случаях лик-
вация усиливалась как раз при малых скоростях вращения.
Л. Норскотт н Д. Мак-Лин исследовали влияние малых скоростей
вращения на отливке из стали следующего состава: 0,3% С; 0,28% Si;
0,64% Мп; 2,9% Ni; 0,6% Сг; 0,5% Мо; 0,04% S; 0,03% Р. Полученное
при этом распределение элементов по сечению представлено на рис. 37.
В макроструктуре видны резко очерченные полосы.
Аналогичная картина была получена Норскоттом и Дикином при
лнтье алюминиевой и оловянной бронзы.
При большой скорости вращеиия ликвационные полосы исчезали и
кривые распределения элементов по сечению отливок становились плав-
ными без скачкообразных изменений, характерных для низких скоростей
вращеиия.
4*
52 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
При исследованиях режима охлаждения было отмечено» что при
быстром охлаждении можно получать центробежные отливки с незначи-
тельной ликвацией [53, 69].
Поскольку ликвация по плотностям происходит до тех пор» пока
основная масса металла находится в жидком состоянии, вполне понят-
но» что чем быстрее затвердевает отливка, тем слабее развивается лик-
Наружная Внутренняя
поверхность поверхность
отливки отливки
Рис. 37. Ликвация в стальной отливке
при низкой скорости вращения
вация. Это подтверждается дан-
ными Т. Такенака [122] о ликва-
ции в трубах из углеродистой
стали, изготовленных центробеж-
ным способом в металлических
и песчано-глинистых формах
(рис. 38).
Большое влияние на ликва-
цию центробежных отливок ока-
зывает не только скорость охла-
ждения в целом, но и соотноше-
ние между скоростями охлажде-
ния различных поверхностей от-
ливок.
Люкерат исследовал ликва-
цию углерода в двух полых ци-
линдрических отливках из угле-
родистой стали, охлаждение ко-
торых производилось по-разному.
Одну из отливок изготовляли в
открытой изложнице, и ее внутренняя поверхность охлаждалась срав-
нительно сильнее, чем у второй отливки, которую изготовляли в закры-
той изложнице. В первой отливке ликвация углерода происходила не-
объясним ус и л ен ны м ох л а ж тен i юм
той изложнице. В первой отливке
равномерно по длине, что можно
около крышки.
ХС %Р
•орз-
0,2
0,1
(Г
0901
%Мп
'ds
Ю 20 30 щ 50 вО 70 вОЗнн
а)
Мп.
с
f
^4
/д
*1,2
КС %Р
-0t03-
OJ-dO^^P - -V/
/Ул
W 20 50 Ы 50 80 70 805мм
6)
0,4
0,3
О
Рис. 38. Распределение химических элементов С, Мп и Р по сечению тру-
бы из углеродистой стали при литье в форму:
а — металлическую; б — песчано-глинистую
Является ли ликвация центробежных отливок отрицательным свой-
ством этих отливок? Ответ на этот вопрос может быть различным в за-
висимости от характера ликвации и назначения отливок. Ликвация серы
па внутреннюю поверхность чугунных тракторных гильз оказывается
полезной, так как после расточки слой, обогащенный серой, удаляется и
содержание серы на поверхности трения гильзы уменьшается на 25—
30% против среднего содержания ее в отливке
ХИМИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВКАХ 53
В толстостенных центробежных отливках из углеродистой стали
(котлов высокого давления, реторт и т. п.) после удаления механичес-
кой обработкой внутреннего обогащенного ликватом слоя удается полу-
чить изделие с низким содержанием сульфидных и оксидных включений
в металле, что другими методами недостижимо.
В других случаях ликвация вредна, так как она изменяет свойства
отливки: например, ликвация углерода снижает механические свойства
наружной зоны отливок из углеродистой стали; ликвация свинца во
втулках из свинцовистой бронзы ухудшает антифрикционные свойства
поверхности.
Полосчатая ликвация. В обычных отливках встречаются случаи
сложного распределения ликвационных зон. К таким явлениям отно-
сятся, например, образую-
щиеся в стальных слитках
ликвационные «шнуры»,
«усы» и т. п. При центро-
бежном литье к сложным
ликвационным явлениям от-
носится полосчатость.
Полосчатая макрострук-
тура наблюдается у центро-
бежных отливок из свинцо-
вистой бронзы Бр.ОЦС
4-4-17, причем темные поло-
сы содержат повышенное
количество свинца — до
18% [69], а светлые — пони-
женное ~14%.
Сравнение микрострук-
туры в полосах и между ни-
ми показывает, что темные
полосы являются местами
Рис. 39. Макроструктура отливки из хромонике-
левой жаропрочной стали
более густой концентрации
глобулей свинца, имеющих
к тому же более крупные
размеры.
Полосчатые структуры (рис. 39) в центробежных отливках из высо-
колегированной стали встречаются часто при толщине стенки более
40—50 мм [118].
Т. Такенака [122] различает два вида полосчатости в стальных отлив-
ках из углеродистой стали — однослойную и многослойную. На серном
отпечатке при однослойной полосчатости отчетливо видна одна темная
полоса; при многослойной — несколько концентрических полос различ-
ной интенсивности. Послойный химический анализ металла такой от-
ливки показал следующее содержание углерода в %: в наружном слое
0,077; в первой темной полосе 0,113; в светлой полосе 0,091; во второй
темной полосе 0,100; во второй светлой полосе 0,077; в темной полосе
0,109; во внутреннем слое 0,118.
На рис. 40 показано распределение химических элементов в трубной
заготовке из конверторной стали по длине отливки [17].
Первая ликвационная зона находилась на расстоянии 25 мм от на-
ружной поверхности. Продолжительность затвердевания до образования
первой ликвационной зоны составила 300 сек. Задняя часть отливки
54 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
значительно менее однородна по химическому составу, чем передняя (со
стороны заливки).
Кривые ряда элементов имеют зигзагообразный характер, места по-
вышенной концентрации соседствуют с местами пониженной. Особенно
резко изменяется содержание серы.
Приведем некоторые данные, характеризующие изготовление этой
отливки. Проба из ковша имела следующий состав в %: С —0,13; Мп —
0,51; Si —0,21; Р —0,020; S —0,040; N2 —0,007.
от наружной поверхности
6} 6)
Рис. 40. Распределение химических элементов по сечению и длине труб-
ной заготовки из углеродистой конверторной стали:
а, б, в — соответственно начало, середина и конец отлнвки
Общая продолжительность заливки металла 42 сек, массовая ско-
рость заливки 21 кг/сек\ продолжительность продольного течения ме-
талла 20 сек\ температура заливки 1570° С; перегрев стали над ликви-
дусом 56° С; скорость вращения формы в период заливки 600 об/мин, а
после распределения металла по всей длине формы 450 об/мин\ толщи-
на стенки отливки 45 мм.
Причины образования полосчатых структур нельзя считать досто-
верно установленными, и мнения исследователей расходятся.
Данные рис. 40 свидетельствуют о влиянии тепловых факторов на
образование полосчатости. При литье по методу «закрытых торцев» по-
лосчатость не проявляется, что также свидетельствует о влиянии усло-
вий охлаждения на этот процесс.
Дж. Кумберленд отмечает, что полосчатые структуры не встречают-
ся в отливках, изготовленных при вращении вокруг вертикальной
оси [118].
Полосчатая ликвация не развивается при значительных относитель-
ных движениях в жидком металле.
Л. Норскотт отмечал в отливках, полученных при вибрации, полос-
чатую ликвацию. Однако известны и противоположные факты: на серых
отпечатках отливок чугунных цилиндров обнаруживали полосчатость,
несмотря на то, что вращение было совершенно спокойным (см. гла-
ву VII). Л. Норскотт наблюдал полосы в стальных втулках, полученных
при малых скоростях (и = 100 об/мин), о чем упоминалось выше.
ХИМИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВКАХ 55
Полосчатая ликвация в отливках свинцовистой бронзы Бр.ОЦС
4-4-17 появлялась при незначительной вибрации, а также при искусст-
венно вызванной сильной вибрации [58]. Разница в том, что в первом
случае полосы в продольном сечении ровные параллельные, а во втором
искривленные. Поэтому нельзя считать вибрацию единственной причи-
ной полосчатости.
Дж. Кумберленд предложил свое объяснение полосчатости и рассло-
ения в центробежных отливках [118]. Он считает, что «полосы являются
ни чем иным, как зарождающимися неслитинами (складками), которые
образуются в результате неравномерного растекания жидкого металла
во вращающейся изложнице. Первоначально поступивший в изложницу
металл распределяется по ее поверхности и начинает кристаллизоваться
обычным образом. Этот слой перекрывается другим, причем ликвация,
которая наблюдается на внутренней поверхности первого слоя, либо со-
храняется, либо может быть устранена, если последующий слой горячий
и накладывается прежде, чем первоначальный слой успеет окончательно
затвердеть. Тогда вероятно образование нормальной структуры. Если
же он холодный и накладывается поздно, то может образоваться склад-
ка, неслитина или слоистость.
Полосы или ликвационные зоны являются металлографическим от-
ражением течения жидкого металла».
Это объяснение полосчатой ликвации не согласуется с имеющимися
данными о продолжительности заливки и кинетике кристаллизации. На-
пример, по данным работы [17] продолжительность затвердевания до
образования первой ликвационной зоны при литье серии трубных заго-
товок из конверторной стали составляет от 260 до 485 сек, а продолжи-
тельность заливки металла не превышает 40—50 сек.
К- У. Цветненко и Н. В. Рулла отмечают, что «дождевание» вызывает
появление светлой полосы в микроструктуре стальной отливки [102].
В тех случаях, когда «дождевание» повторяется дважды, в макрострук-
туре появляются две полосы. Однако «дождевание» металла также нель-
зя считать единственной причиной появления полосчатых структур, так
как они наблюдаются и в тех случаях, когда «дождевания» нет.
Полосчатые структуры являются, несомненно, результатом так на-
зываемой периодической кристаллизации металла.
Периодическая кристаллизация наблюдается в тех случаях, когда в
ходе кристаллизации то усиливаются помехи, приостанавливающие
рост кристаллов, то наступают условия, благоприятные для быстрой
кристаллизации. Периодически возрастающие помехи могут вызываться
различными причинами, например уменьшением концентрации раствора
вблизи растущих кристаллов, скоплением примесей, повышением тем-
пературы у фронта кристаллизации вследствие выделения скрытой теп-
лоты кристаллизации и др.
Периодическая кристаллизация наблюдается в стальных и медных
слитках. По Л. Норскотту полосчатость в слитках образуется между
поверхностной корочкой и началом столбчатой зоны.
Для исследования периодической кристаллизации металлических
сплавов разработан метод, позволивший экспериментально получать по-
лосчатые структуры [62].
Метод заключается в том, что из расплава с помощью стержня с за-
травкой непрерывно вытягивают образец. Возникающая при кристалли-
зации неоднородность состава фиксируется в виде полосчатой структуры
образца.
56 ОСОБЕННОСТИ затвердевания центробежных отливок
Механизм периодической кристаллизации в этих условиях заклю-
чается в следующем. Фронт кристаллизации устанавливается на некото-
рой высоте над зеркалом расплава. Слой жидкости, примыкающий к
фронту кристаллизации, обогащен примесями и соответственно диаграм-
ме состояния имеет пониженную температуру затвердевания. Кроме
того, выделяющаяся скрытая теплота кристаллизации несколько повы-
шает температуру в этой зоне. В результате происходит задержка кри-
сталлизации до тех пор, пока не будет достигнута такая температура,
при которой начнется кристаллизация ниже расположенных слоев, со-
держащих меньше примесей. Верхний слой, даже если он будет к этому
времени частично в жидком состоянии, окажется захваченным твердой
фазой.
Кристаллизация происходит, следовательно, скачком на некото-
рую глубину. Затем снова наступает задержка и описанный процесс по
мере вытягивания образца многократно повторяется.
По аналогии с этим процессом можно представить образование поло-
счатости в центробежных отливках. Применительно к свинцовистой
бронзе процесс образования полосчатости сводится к следующему. Перед
фронтом кристаллизации образуется скопление глобулей свинца, кото-
рые энергично движутся от центра к периферии. Скопление глобулей
мешает продвижению фронта кристаллизации, так как кристаллы мо-
гут прорастать, только лавируя между глобулями свинца. Когда отдель-
ные кристаллы выходят в зону более слабой концентрации свинцовых
глобулей, там начинается ускоренная кристаллизация бронзы, которая
замыкает ликвационный слой, затем снова перед фронтом кристалли-
зации образуется завеса из глобулей свинца и т. д.
Полосчатость, наблюдаемая на серных отпечатках центробежных
отливок из серого чугуна, может образоваться по той же схеме перио-
дического повышения концентрации ликватов перед фронтом кристалли-
зации, что задерживает его продвижение.
В некоторых отливках из алюминиевой бронзы Л. Норскотт наблю-
дал усадочную пористость по ликвационным кольцам. Затвердевание в
этих кольцах происходило, по-видимому, с задержкой после того, как
затвердевали концентрические зоны, расположенные снаружи и изнутри,
поскольку они были менее обогащены ликватами.
Ликвационные полосы оказывались как бы «в окружении», после
того как продвигался фронт кристаллизации. Усадка их происходила
без необходимого питания. Этот факт увязывается с описанной выше
схемой образования ликвационных полос. У других сплавов, по-видимо-
му, данный процесс менее выражен и пористости в ликвационных поло-
сах не наблюдается. Несомненно, что склонность к полосчатой ликвации
является одной из характеристик сплава.
По вопросу о влиянии свойств сплавов и различных технологических
факторов на образование полосчатых структур при центробежном литье
нет единого мнения. Увеличение интервала кристаллизации сплава по
одним данным благоприятствует полосчатой кристаллизации [44], по
данным Норскотта, наоборот, тормозит этот процесс. По данным
Б. И. Лошкарева для устранения полосчатости должно применяться
усиленное охлаждение, по другим [44] — медленное охлаждение.
Такие же противоречивые данные имеются и относительно скорости
вращения. Это показывает, что вопрос в целом изучен слабо.
Отражается ли полосчатая ликвация на механических и других свой-
ствах центробежных отливок?
ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛА НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ 57
Исследования свинцовистой бронзы показали, что в полосах наблю-
дается местное снижение твердости [69]. На другие механические свой-
ства полосчатость не влияет. Полосчатость на серных отпечатках круп-
ных гильз из чугуна не снижает механических свойств и износостойкости.
С другой стороны, грубая полосчатая структура отливок крупногабарит-
ных барабанов из бронзы Бр.ОЦЮ-2 и стали резко понижает механиче-
ские свойства, а иногда вызывает и расслоение.
Необходимо отметить, что центробежное литье, усиливая ликвацион-
ные явления, в то же время открывает возможности для борьбы с полос-
чатой ликвацией. В этом отношении многообещающими являются опы-
ты по динамическому воздействию на кристаллизацию центробежных
отливок.
ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА
НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ ОТЛИВОК
Влияние движения (динамического воздействия) на процесс кристал-
лизации наиболее подробно и полно было изучено на кристаллизации
солей. Это объясняется тем, что условия проведения экспериментов с
солями гораздо проще и доступнее, чем с металлами (низкая температу-
ра кристаллизации, прозрачность растворов, сосудов, в которых проис-
ходит кристаллизация, и т. д.). Вместе с тем закономерности кристал-
лизации солей имеют много сходного с закономерностями кристаллиза-
ции металлов, и потому использование аналогии между этими процес-
сами является общепризнанным методом в современной науке.
Исследования кристаллизации солей показали, что влияние движе-
ния раствора на процесс кристаллизации сказывается в следующем:
1. Понижается степень переохлаждения, необходимая для начала
кристаллизации.
2. Возрастает число кристаллических зародышей (центров кристал-
лизации), образующихся в растворе.
3. Ускоряется рост кристаллов.
4. Уменьшаются искажения формы растущих кристаллов и возрас-
тает склонность к образованию кристаллов правильной, полногранной
формы.
5. В условиях массовой кристаллизации уменьшается крупность по-
лучаемых кристаллов.
Влияние движения на кристаллизацию металлических сплавов. Вы-
воды, полученные при исследовании кристаллизации солей из растворов,
могут быть в большей части приложены и к кристаллизации металличе-
ских сплавов. Д. К- Чернов дал следующую картину влияния движения
на кристаллизацию стали: «Если расплавленную в тигле сталь вы бу-
дете постоянно приводить в сильное сотрясение, достаточное для того,
чтобы все частицы ее приходили в движение, тогда охлажденный слиток
будет иметь чрезвычайно мелкие кристаллы. Если эту сталь оставить
без всякого сотрясения и дать массе спокойно и медленно охладиться,
тогда эта же самая сталь будет иметь крупные хорошо развитые кри-
сталлы». Это высказывание Д. К- Чернова целиком соответствует ре-
зультатам современных исследований [5, 84].
Влияние скорости движения металла на структуру П. И. Аладова
исследовала следующим образом. В качающуюся опоку (рис. 41) зали-
вали металл, затем опоку с той или иной скоростью переводили из
одного крайнего положения в другое п металл перетекал по каналу.
58 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ отливок
Результаты экспериментов представлены в табл. 5.
Кристаллизация отливок, полученных при быстром вращении с по-
стоянной угловой скоростью, происходит в основном в условиях относи-
тельного покоя жидкого металла,
Таблица 5
Влияние скорости движения металла
иа структуру отливки
Продолжи- тельность поворота опоки в сек Расчетная скорость дви- жения метал- ла в см'сек Структура отливки
3 0,33 Столбчатая
2,5—1 2,4—2,0 Смешанная
0,6 3,0 Равноосная
так как вскоре после заливки он при-
обретает угловую скорость формы.
Кристаллическая структура этих
центробежных отливок во многом
сходна со структурой отливок, по-
лученных в обычных формах, и осо-
бенно в случае, когда сходны так-
же условия охлаждения. Наружная
зона отливки, соприкасающаяся с
формой, имеет мелкокристалличе-
ское строение, затем следует зона
столбчатых кристаллов, и наконец,
внутренние слои отливки имеют
равноосную структуру более круп-
ного строения, чем наружный слой. Такая структура центробежной от-
ливки получается в случае, когда отливка представляет собой либо
сплошное тело, либо имеет отверстие небольшого диаметра, так как
при этом охлаждение отливки происходит только с наружной поверх-
ности.
Рис. 41. Схема установки для изучения влияния скоро-
сти движения металла на макроструктуру отливки
Если отливка имеет форму цилиндра с большим внутренним отвер-
стием и охлаждение стенки цилиндра происходит с двух сторон, то об-
разуется макроструктура, сходная с макроструктурой листового слитка,
который охлаждается с двух сторон: с нижней стороны — изложницей,
а сверху — воздухом (рис. 42).
В тонком слое, примыкающем к кокилю, находится зона мелкокри-
сталлического строения, затем зона столбчатых кристаллов, а за ней
зона более крупного равноосного строения, чем в наружном слое, и, на-
конец, внутренний слой, примыкающий к свободной поверхности, имеет
столбчатые кристаллы, которые растут от центра к периферии. На
рис. 42 свободная поверхность показана внизу.
Наряду с отмеченным сходством макроструктур центробежных и ста-
ционарных отливок, у них имеется и различие.
Особенности макроструктуры центробежных отливок, связанные с
относительным движением жидкого металла, следующие:
ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛА НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ 59
1. Наружная мелкокристаллическая зона в центробежных отливках
значительно толще, чем в аналогичных стационарных отливках, столб-
чатая тоньше, а внутренняя зона рав-
ноосных дендритов толще.
2. Столбчатые кристаллы нередко на-
клонены в сторону вращения.
Остановимся подробнее на этих осо-
бенностях.
Размеры макроструктурных зон. В
статической отливке столбчатые кри-
сталлы начинаются почти у самой по-
верхности и прорастают до середины. В
центробежной отливке имеется довольно
значительный по толщине мелкокристал-
лический слой, столбчатые кристаллы
значительно короче. Объяснение этого
явления сводится к тому, что поверх-
ностные слои центробежной отливки за-
твердевают в условиях скольжения жид-
кого металла. Это явление особенно рез-
ко наблюдается при литье в кокиль, т. е.
при быстром охлаждении. При литье в
песчаные формы относительные движе-
ния, по-видимому, прекращаются рань-
ше, чем начинается затвердевание, и оно
протекает в большей степени в условиях
относительного покоя.
Чем ближе скорость вращения формы
к критической, тем продолжительнее и
сильнее относительные движения в жид-
кости (см. главу П) и тем меньше об-
ласть, занятая столбчатыми кристалла-
ми. Это подтверждается исследованиями
влияния скорости вращения на ширину
макроструктурных зон [56, 82]. Отливки
из стали 35 диаметром 240 мм и толщи-
ной стенки 95 мм получали в изложнице
горизонтальной центробежной машины
при различных скоростях вращения. Из-
ложницу покрывали слоем кварцевого
песка толщиной 3 мм. Результаты изуче-
ния микроструктуры представлены в
табл. 6.
По данным работы [82] в макрострук-
Рис. 42. Макроструктура стен-
ки отливки из стали при дву-
стороннем охлаждении
что вблизи критической
туре трубных заготовок (DHap = 150 мм.
&вн = 50 мм и I — 1500 мм) из нержа-
веющей стали 0Х18Н10Т при скорости
вращения, близкой к критическому зна-
чению (п = 700 об/мин), столбчатая зо-
на отсутствовала. Это можно объяснить тем,
скорости жидкость находится в постоянном относительном движении.
При высокой скорости вращения (и == 1500 об/мин) столбчатая зона
занимала большую часть сечения отливки.
60 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
Толщина макроструктурных зон в % толщины стеики отливки
Таблица 6
Скорость вращения в об!мин Зона Скорость вращения в об!мин Зона
внешняя мел- кокристалли- ческая столбчатая внутренняя равноосных дендритов внешняя мел- кокристалли- ческая столбчатая внутренняя равноосных дендритов
320 6—8 14—16 77—79 700 4—6 55—57 38-40
550 5—7 28—30 64—66 830 3—5 78—80 16—18
М. Джонс изучал влияние скорости вращения на макроструктуру
п твердость отливок из алюминия [119]. Литье производили на верти-
кальной машине в графитовую изложницу. Размеры отливок: D =
= 150 мм, d = 75 мм, / = 90 мм, скорость вращения 400—600—800—
1000 об/мин. При и = 400 об/мин наружная зона отливки имела
столбчатое строение, внутрен-
Рис. 43. Макроструктура центробежной от-
ливки из алюминия (99,8% А1)
няя — равноосное, при п =
= 600 об/мин и больше столб-
чатое строение распространи-
лось на все сечение отливки
(рис. 43), вблизи внутренней
полости отливки между столб-
чатыми дендритами распола-
гались единичные вкрапления
равноосных дендритов. Соот-
ветственно увеличению скоро-
сти вращения столбчатая зона
становилась все более тонкой,
а равноосных включений все
меньше. Твердость отливки с
увеличением скорости враще-
ния значительно возрастала и
почти не изменялась при изме-
нении начальной температуры
изложницы от 18 до 350° С.
Продолжительность и ин-
тенсивность относительных
движений в металле является
важнейшим фактором, влияю-
щим на распределение макроструктурных зон. Другие факторы, как, на-
пример, торможение усадки, при большой скорости вращения влияют
слабее. Об этом свидетельствуют факты получения мелкодендритной
равномерной структуры в случаях, когда при высокой скорости враще-
ния искусственно поддерживается относительное движение в жидком
металле.
Наклон столбчатых кристаллов в сторону вращения (рис. 44). Необ-
ходимо отметить, что наклон столбчатых кристаллов наблюдается не
только в центробежных отливках, но и в слитках из черных и цветных
металлов. В слитках столбчатые кристаллы обычно наклонены вверх.
Это явление объясняли различным образом. Д. Д. Саратовкин считает,
что на наклон столбчатых кристаллов в слитках влияет конвекционный
поток, который механически отклоняет растущие столбчатые кристаллы,,
подобно тому, как течение реки наклоняет стебли водорослей [74]. Эта
ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛА НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ 61
гипотеза не может объяснить наклон столочатых кристаллов центробеж-
ных отливок в сторону вращения, так как, приняв ее, пришлось бы пред-
положить, что жидкий металл обгоняет вращающуюся форму, на самом
же деле жидкий металл вращается с меньшей скоростью, чем форма.
Объяснение наклона столбчатых кристаллов в сторону вращения
следует искать в относительном движении жидкого металла перед фрон-
том кристаллизации. Известно, что у кристаллов наиболее быстро рас-
тут те грани, которые обращены навстречу притоку свежего материала.
Например, при скоростном выра-
щивании кристалла сегнетовои со-
ли вращением его в растворе раз-
ные грани кристалла растут с раз-
личными скоростями, так как они
находятся в различных условиях
питания [2]. Передняя грань кри-
сталла (по направлению движения)
растет быстрее, чем задняя, так как
она лучше омывается свежим кон-
центрированным раствором. Точно
так же внешние грани кристалла,
расположенные на окружности
большего диаметра, растут быстрее,
чем грани, обращенные к оси вра-
щения.
При центробежном литье поток
жидкого металла относительно
фронта кристаллизации всегда на-
правлен против вращения. Столбча-
Рис. 44. Наклон осей столбчатых кри-
сталлов в центробежной отливке
из стали
тые кристаллы, получая металл для
роста из этого потока, не загрязненного примесями, ускоряют рост гра-
ней, расположенных навстречу потоку, т. е. по направлению вращения
формы. Явление наклона столбчатых кристаллов, по-видимому, связано
с небольшой скоростью относительного движения жидкого металла.
Надо отметить, что в некоторых центробежных отливках столбчатые
кристаллы не наклонены, а расположены строго радиально. Причиной
этого может быть слабое относительное движение жидкого металла.
Методы динамического воздействия на кристаллизацию центробеж-
ных отливок. Если искусственно поддерживать большую скорость от-
носительного движения, то столбчатая зона кристаллов заменяется од-
нородной, равноосной мелкокристаллической структурой. Для поддер-
жания постоянного относительного движения жидкого металла приме-
няют следующие методы [68]:
1. Центробежное литье при переменной скорости вращения формы.
2. Центробежное литье при малой скорости вращения формы ниже
критической.
При изменении угловой скорости вращения создаются особенно бла-
гоприятные условия для турбулентного перемешивания жидкости (см.
главу II). Помимо перемешивания, жидкость с большой скоростью дви-
жется относительно затвердевшего слоя, и таким образом создаются
условия для обламывания растущих кристаллов и вымывания примесей,
скопившихся перед фронтом кристаллизации. Обломки кристаллов мо-
гут служить центрами кристаллизации и вызвать одновременный рост
кристаллов в широкой зоне.
62 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
Идея вращения с переменной угловой скоростью для управления
кристаллизацией была впервые высказана Д. К. Черновым, который пи-
сал, что «для относительного движения жидкости около затвердеваю-
щих слоев необходимо попеременно менять направление вращения, т. е.
приводить форму в круговое возвратное движение с быстрым прерывис-
тым изменением направления».
Эффект относительного движения может быть получен и без измене-
ния направления вращения формы, а именно, при периодическом уско-
рении и замедлении вращения
Таблица 7
Технологические условия 1
получения отливок из
хромоникелевой стали [67]
Диаметр отливки
в мм
наруж- внутрен-
ний ний
Скорость
вращения
в об мин
Скорость
заливки
в см3 сек
186
186
186
187
65
45
72
112
230
240
205
565
1 Температура заливки металла
1580° С.
формы, которое происходит в одном
направлении. В этом случае к эффек-
ту, который дает относительное дви-
жение в жидком металле, прибавляет-
ся действие центробежных сил.
Несмотря на то, что идея динами-
ческого воздействия на кристаллиза-
цию металлов имеет большую дав-
ность, она не использовалась до 1957 г.
В настоящее время на основе ряда ис-
следований можно считать установ-
ленным, что периодическое торможе-
ние сильно влияет на структуру и
свойства центробежных отливок.
Вторым методом динамического
воздействия на кристаллизацию яв-
ляется медленное вращение формы во-
круг горизонтальной или наклонной
оси. При этом затвердевший слой дви-
жется относительно жидкого металла,
который образует ванну в нижней половине формы. Каждый участок
поверхности затвердевшего слоя то окунается в ванну жидкого металла,
то выходит из нее. Затвердевший слой наращивается периодически при
смачивании его расплавом. В этих условиях происходит перемешивание
металла в ванне и дождевание (переплескивание) того металла, кото-
рый частично увлекается вращением.
Метод медленного вращения не позволяет получить те преимущест-
ва, которые связаны с действием на металл значительных центробежных
сил (например, очищения его от неметаллических включений).
Этот метод может быть скорее отнесен к литью намораживанием во
вращающейся форме, чем собственно к центробежному литью.
Н. Н. Реутов исследовал макроструктуру отливок из хромоникеле-
вой стали, полученных при медленном вращении изложницы (табл. 7).
Жидкий металл располагался в нижней половине формы, и в тече-
ние некоторого времени происходило его переплескивание. Макрострук-
тура полученных отливок состояла из неширокой периферийной мелко-
кристаллической зоны, зоны наклонных в сторону вращения столбчатых
кристаллов (угол наклона до 35е) и внутренней зоны глобулярных кри-
сталлов. Последняя зона затвердевает, по-видимому, быстро и без
достаточного питания, вследствие чего она имеет развитую междендрит-
ную пористость и низкую пластичность. Ухудшение качества этой зоны
вызывается также загрязнением ее окислами, образующимися при пере-
плескивании металла.
Имеется единственный пример положительного влияния малой ско-
рости вращения на ликвацию свинца при центробежном литье втулок
ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛА НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ 63
(DHap = 90 мм, den = 58 мм) из свин-
цовистой бронзы Бр.ОС 5-25. Ось вра-
щения —• горизонтальная.
При снижении линейной скорости
вращения с 3,5 до 1,5 м)сек рез-
ко уменьшалась ликвация свинца
(рис. 45).
При этом жидкий металл частично
вовлекается во вращение, что подтвер-
ждается непосредственным наблюде-
нием.
В результате перемешивания гло-
були свинца равномерно распределя-
лись в массе металла, что приводи-
ло к резкому снижению ликвации
свинца.
Таков единственный пример поло-
жительного влияния заливки с малой
скоростью вращения. Поэтому этот спо-
соб динамического воздействия не
представляет большого интереса, тог-
да как литье с переменной угловой
скоростью, как показали исследова-
ния, дает значительный эффект.
Рис. 45. Влияние линейной скоро-
сти вращения формы на ликва-
цию свинца в бронзе Бр.ОС 5-25:
1 — 3,5 м/сек-, 2—1,5 м/сек
Параметры режима периодического торможения:
1) снижение скорости вращения изложницы в % к первоначальной
скорости вращения;
2) наибольшая линейная скорость скольжения между жидкой фазой
и фронтом кристаллизации;
3) частота торможений.
Рис. 46. Режим вращения изложницы при динамическом воздейст-
вии на кристаллизацию
Определим параметры режима динамического воздействия при за-
твердевании одной из опытных отливок наружным диаметром 250 мм,
внутренним 60 мм (рис. 46).
1 г. 600- 312 .оп/
1. Снижение скорости вращения составит ---------- 100 = 48%.
2. Скорость скольжения между фронтом кристаллизации и жидкой
фазой определим, считая, что жидкость при торможении сохраняет угло-
вую скорость, равную номинальной угловой скорости изложницы. По
64 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
мере продвижения фронта кристаллизации скорость скольжения умень-
шается:
v = vT —
где vT и — соответственно линейные скорости твердой фазы и жид-
кой фазы на поверхности раздела;
VT — т — ~ Г т;
лп,
отсюда
V = ((02—0,1 (и2 — Н1)^т,
где гт — радиус поверхности раздела твердой и жидкой фаз.
Скорость скольжения для рассматриваемого режима динамического
воздействия
и = 0,1(312 — 600)гг;
наибольший гт = 12,5 см. наименьший гт = 3,0 см\
итах = 28,8 -12,5 = 360 см!сек\
vmin = 28,8-3,0 = 86 см!сек.
3. Частота равна числу циклов разгона и торможения в минуту
(рис. 46). Число циклов в минуту 12.
Описание машин для центробежного литья с переменной угловой
скоростью см. в главе IX.
Исследование процессов динамического воздействия при центробеж-
ном литье на моделирующих жидкостях [11]. Моделирующими жидко-
стями были парафин, гипосульфит и нафталин. Влияние периодического
торможения изложницы на распределение температур во вращающемся
слое жидкого парафина определяли термопарами, установленными в
точках /, 2, 3 на расстоянии соответственно 5, 18 и 30 мм от внутренней
поверхности изложницы (рис. 47). После заливки парафина, нагретого
до 90° С, измеряли температуру в остывающей жидкости. На рис. 47, а
приведены температурные кривые при постоянной скорости вращения
(п = 680 об!мин). а на рис. 47, б те же кривые при периодическом тор-
можении изложницы с частотой 12 раз в минуту. Результатом динами-
ческого воздействия оказалось совпадение температурных кривых во
всех точках замера, т. е. произошло уравнивание температуры во всех
слоях жидкости. Этим косвенно подтверждается предположение о пере-
мешивании жидкости. При малой частоте торможения (< 12 раз в ми-
нуту) уравнивания температуры не происходило.
Скорость вращения различных слоев жидкости при торможении
определяли следующим образом. На державке, вращающейся вместе с
изложницей, были закреплены упругие пластинки с лопатками на кон-
цах. На пластинки наклеивали проволочные датчики сопротивления.
При торможении изложницы лопатки, погруженные в жидкость, враща-
лись медленнее жидкости и испытывали с ее стороны гидродинамичес-
кое давление.
Давление регистрировалось при помощи проволочных датчиков и
осциллографа. Гидродинамическое давление на лопатку связано прос-
той зависимостью со скоростью жидкости, движущейся относительно
лопатки, благодаря этому были рассчитаны скорости трех слоев жидко-
сти в период торможения.
ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛА НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ 65
Данные показали, что в период торможения наиболее медленно вра-
щается слой, прилегающий к изложнице; некоторое снижение скорости
вращения наблюдается также у внутреннего слоя; наибольшая скорость
вращения сохраняется в среднем слое жидкости. Подобный результат
противоречит тому факту, что торможение жидкости идет от наружных
слоев к внутренним.
Возможно, это объясняется тем, что торможение производилось с
частотой 12 раз в минуту и вызывало сложную картину распределения
скоростей в слое. Поскольку передача ускорения или замедления от
наружных слоев к внутренним требует времени, могло получиться, что,
Рис. 47. Влияние динамического воздействия на охлаждение
центробежной отливки (парафин):
/, 2, 3 — соответственно наружная, средняя н внутренняя зоны от-
ливки
например, средний слой сохранил еще наибольшую скорость от преды-
дущего разгона, а слой у внутренней поверхности жидкости — от пре-
дыдущего торможения. Этим еще раз подтверждается необходимость
специального изучения гидравлических явлений, а также изготовления
отливок при различной частоте разгона — торможения изложницы.
Исследование центробежных отливок, полученных при переменной
скорости вращения (динамическом воздействии). Влияние режима ди-
намического воздействия исследовали в ЦНИИТМАШе при литье
сплошных слитков (DHap — 250 мм. I = 300 мм) из аустенитной стали
(и = 600 об!мин).
Ось вращения горизонтальная. Внутреннюю поверхность изложницы
покрывали песком слоехМ 2 мм. Крышка и задний торец изложницы бы-
ли покрыты теплоизолирующим слоем. Технологические параметры
литья приведены в табл. 8.
Макроструктуры отливок № 1 и 5 представлены на рис. 48 и 49. При
центробежном литье без динамического воздействия столбчатая струк-
тура простирается почти на всю толщину отливки.
Величина зерна аустенитной стали по всему сечению отливок, под-
вергавшихся динамическому воздействию, находилась в пределах 3—4
баллов (ГОСТ 5639—65) независимо от частоты динамического воздей-
ствия. Зональное химическое исследование отливок показало отсутствие
неоднородности металла.
По данным механических испытаний пластические свойства образ-
цов, в общем высокие, заметно понижаются от периферийных зон к
центральным. Прочностные свойства образцов более стабильны по зо-
нам, хотя ниже требований технических условий на поковки из данной
стали.
5 Заказ 805
Рис. 48. Макроструктура центробежном отливки № I
(табл. 8) при постоянной скорости вращения
g?
Рис. 49. Макрос i рук гура центробежной оiлинки № 5 (табл. 8)
при переменной скорости вращения
ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ
ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛА НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ 67
Таблица 8
Технологические параметры литья аустенитной стали
№ отливки Температура заливаемого металла в °C Продолжительность Режим динамического воздействия
заливки в сек вращения изложницы в мин Число циклов торможения и разгона в минуту Уменьшение числа оборотов при тор- можении в % к номиналу
1* 1480 23 26
2 1490 19 29 2 50
3 1515 29 25 4 50
4 1515 30 24 8 50
5 1510 24 22 12 50
6 1500 20 24 12 25
* Без динамического воздействия.
Дисковые заготовки из аустенитной стали. При динамическом воз-
действии были также изготовлены диски диаметром 800 мм из аусте-
нитной стали. Ось вращения— вертикальная. Одновременно те же дис-
ки изготовляли в стационарном кокиле и центробежным способом.
В кокильной отливке столбчатые дендриты растут сверху и снизу и об-
разуют отчетливо выраженный стык с различными дефектами: ликвата-
ми, неметаллическими включениями, газовыми раковинами и усадочны-
ми порами (рис. 50, а). При литье центробежным способом с постоянной
скоростью вращения макродефекты на стыке столбчатых кристаллов
отсутствуют (рис. 50, б). Однако механические свойства в этой зоне
снижаются. При динамическом воздействии была получена равноосная
однородная структура по всему сечению отливки.
Влияние динамического воздействия изучали при литье дисковых за-
готовок диаметрами 350 и 460 мм и толщиной 45—55 мм из жаропроч-
ной аустенитной стали. Ось вращения формы вертикальная [37]. Диски
получали при постоянной скорости вращения 500 об)мин и с периодиче-
Таблица 9
Свойства отливок, полученных с периодическим торможением
Расположение образцов Место в диске Предел прочности прн рас- тяжении в кгс мм2 Предел текучести в кгс'мм2 Относи - тельное удлинение в % Относи- тельное сужение в %
Радиальное Периферия 102 76 12 14
На среднем радиусе 101 73 12 13
В нейтральной части 96 74 9 10
Тангенциальное Периферия 105 78 15 16
На среднем радиусе 99 72 11 12
68 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
ским снижением скорости вращения до 300—400 об!мин 7—8—12 раз
в минуту.
Макростроение отливок, полученных при 500 об jмин, было мелкозер-
нистое, равноосное в поверхностной зоне и столбчатое в толще отливки.
В отливках, полученных с периодическим торможением, структура
однородная, равноосная. Механические свойства этих отливок приведе-
ны в табл. 9.
6)
Рис 50. Макроструктура диска, полученного в кокиле (с) и цент-
робежным способом (б)
Примерно такими же свойствами обладали образцы, взятые из рав-
ноосной зоны отливок, полученных при постоянной скорости вращения.
Однако у этих отливок зона равноосных дендритов занимала только
периферийный кольцевой слой шириной 35—50 мм.
Сравнение заготовок, обработанных давлением и литых с равноос-
ной структурой, показало, что с повышением температуры испытания
прочностные свойства и удлинение у них практически одинаковы, а по-
перечное сужение образцов деформированных заготовок вдоль волокна
выше, чем у литых. Жаропрочность литых заготовок с однородной рав-
ноосной структурой оказалась в 2—3 раза выше, чем жаропрочность
деформированных заготовок и образцов из столбчатой зоны литых за-
готовок. Это позволило заключить, что оптимальным режимом литья
дисковых заготовок из аустенитной стали является центробежное литье
с периодическим торможением.
ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛА НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ 69
торможением
Рис. 51. Зависимость механических
свойств стальных отливок от скоро-
сти вращения изложницы (ВНИТИ)
Трубные заготовки из нержавеющей стали. Было исследовано влия-
ние периодического торможения изложницы на структуру и свойства
трубных отливок из нержавеющей стали 0Х18Н10Т [82]. Размеры отлив-
ки: Duap = 150 мм, deu = 50 мм,
длина 1500 мм. Литье производили
в металлическую изложницу с пес-
чаным покрытием толщиной 3 мм.
Скорость заливки 3—4 кг/сек, пе-
регрев металла над линией ликви-
дуса 80—90е С, температура из-
ложницы перед заливкой 70—80° С.
Торможение изложницы начина-
ли по истечении 20—25% общей
продолжительности затвердевания
от начала заливки. Были исследо-
ваны два режима торможения: 1) от
скорости 1500 до 1100 об! мин и
2) от скорости 1500 до 800 об/мин.
Длительность одного цикла тор-
можения — разгона 12—15 сек.
Макроструктуру заготовок ис-
следовали методом авторадиогра-
фии, который позволил зафиксиро-
вать первичную структуру стали
0Х18Н10Т. Исследование подтвер-
дило вывод, что относительное дви-
жение расплава приводит к замене
столбчатой структуры равноосной.
При этом не имеет значения способ,
которым достигается относительное
движение. Например, при постоян-
ной скорости вращения, если она
близка к критической, период неус-
тановившегося относительного дви-
жения затягивается и это увели-
чивает равноосную зону в от-
ливке.
Однако при малой скорости вра-
щения механические свойства в от-
ливке получаются неоднородные
по сечению и недостаточно вы-
сокие.
Наибольшая однородность
структуры и свойств получается в
результате более длительных и силь-
ных относительных движений в жид-
ком металле, вызванных торможе-
нием.
Это подтверждается приведенными
Образцы брали из трех зон по сечению отливки: в 2—3 мм от наруж-
ной поверхности, по среднему радиусу, в 2—3 мм от внутренней поверх-
ности. Прочностные свойства почти не зависят от скорости вращения и
стабильны по зонам отливки (рис. 51).
на рис. 51 данными.
70 ОСОБЕННОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ОТЛИВОК
Наиболее высокими значениями относительного удлинения, попереч-
ного сужения и ударной вязкости обладают отливки, полученные с пе-
риодическим торможением. Можно отметить, что увеличение перепада
скоростей вращения при торможении сопровождается увеличением плас-
тических свойств.
Свойства пластичности в отливках, полученных при торможении из-
ложницы, почти одинаковы во всех слоях, тогда как при постоянной
скорости вращения они имеют значительное расхождение по слоям.
В работе [119] описано влияние динамического воздействия на мак-
роструктуру полых отливок из алюминия (99,8% А1). Вместо прямоли-
Рис. 52. Макроструктура алюминиевой заготовки, изготов-
ленной центробежным способом при переменной скорости
вращения (X 10)
нейных сквозных столбчатых дендритов, характерных для литья с по-
стоянной скоростью вращения, при динамическом воздействии столбча-
тые дендриты имели волнистое очертание (рис. 52).
Влияние динамического воздействия на полосчатость стальной отлив-
ки. Как известно, кольцевая полосчатость является особенностью центро-
бежных отливок.
Чтобы установить влияние периодического торможения на полосча-
тость, М. М. Левиным (ЦНИИТМАШ) были изготовлены две полые
заготовки из стали 35, причем одна из отливок при постоянной скорости
вращения 350 об!мин, а другая — при периодическом (3 раза в минуту)
торможении до скорости 290 об!мин. Длительность торможения 2 сек, а
последующего разгона 10 сек. Размеры отливок: Dnap = 900 мм, deH =
= 540 н- 600 мм.
При постоянной скорости вращения наблюдаются ликвационные по-
лосы, резко очерченные шириной от 7 до 15 мм (рис. 53, б), а при дина-
мическом воздействии циклы торможения и разгона фиксируются на
серном отпечатке в виде концентрических, густо расположенных полос
шириной ~2 мм (рис. 53, а). В пределах каждой полосы и в целом по
сечению отливки ликвация выражена слабо.
Исследования влияния динамического воздействия на кристаллиза-
цию центробежных отливок позволяют отметить следующие результаты
от применения этого метода:
ВЛИЯНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕТАЛЛА НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ 71
1. В отливках из стали и алюминия столбчатая структура частично
или полностью заменяется равноосной.
2. В отливках из аустенитной стали жаропрочность увеличивается в
2—3 раза по сравнению с поковками из той же стали. Остальные проч-
ностные свойства сохраняются такими же, как у центробежных отливок,
полученных при постоянной скорости вращения.
3. У трубных заготовок из нержавеющей стали 0Х18Н10Т пластичес-
кие свойства повышаются и становятся более однородными по сечению,
чем в обычных центробежных отливках.
Рис. 53. Серные отпечатки центробежных отливок из стали 35
4. Грубая полосчатая ликвация в центробежных отливках из стали 35
заменяется более однородной структурой.
5. Каждый цикл торможения — разгона изложницы проявляется на
макроструктуре отливки в виде кольца, фиксирующего положение фрон-
та кристаллизации.
ГЛАВА IV
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ
ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
ПОЛОЖЕНИЕ ОСИ ВРАЩЕНИЯ
Выбор положения оси вращения должен основываться на выводах,
полученных при рассмотрении гидравлики центробежного литья, осо-
бенностях затвердевания центробежных отливок, а также с учетом тех-
нологических условий, экономического эффекта и т. д.
1. Из рассмотрения вопросов гидравлики центробежного литья сле-
дует, что получение изделий с правильной цилиндрической внутренней
поверхностью возможно только при горизонтальной оси вращения. При
вертикальной или наклонной осях вращения внутренняя свободная по-
верхность представляет собой параболоид, и, следовательно, изделие
типа трубы или втулки будет иметь продольную разностенность.
2. Форма параболоида зависит от скорости вращения. Чем меньше
допустимая продольная разностенность и чем длиннее цилиндрическая
отливка, тем выше должна быть скорость вращения. Поэтому изделия
значительной длины с малым допуском на разностенность (например,
трубы или вообще удлиненные полые цилиндры) нецелесообразно полу-
чать в формах с вертикальной осью вращения. В тех случаях, когда этим
пренебрегают, появляются многочисленные недостатки и неудобства
(большие отходы металла в стружки вследствие разностенности, высо-
кая скорость вращения и т. п.).
3. При литье деталей типа бандажей, колец и т. п. продольная раз-
ностенность не имеет значения, поэтому одинаково пригодны и верти-
кальное, и горизонтальное положения осей вращения (рис. 54). При
выборе положения оси вращения для этих отливок следует учитывать
факторы, связанные с заливкой металла, монтажом и демонтажом фор-
мы, удалением отливки и т. д.
4. «Дождевание» (переплескивание) металла возникает при гори-
зонтальной оси вращения в результате того, что часть залитого металла
не сразу вовлекается в достаточно быстрое вращение (см. главу II). При
вертикальной оси вращения недостаточно быстрое вращение металла
приводит только к изменению формы внутренней поверхности (парабо-
лоид становится пологим).
5. При горизонтальной оси вращения после образования усадочного
зазора между формой и отливкой последняя смещается от оси враще-
ния книзу и может перекатываться (см. главу III). При вертикальной
осп вращения возможно сохранение центрального положения отливки.
Это обстоятельство имеет значение для отливок большого диа-
метра.
ПОЛОЖЕНИЕ ОСИ ВРАЩЕНИЯ.
73
6. Условия затвердевания толстостенных полых цилиндрических от-
ливок при вертикальной оси вращения отличаются тем, что нижняя
часть стенки как более массивная, чем верхняя, затвердевает позднее,
это вызывает образование усадочных раковин в нижней части стенки.
7. Высота падения струи металла при литье цилиндрических изделий
с горизонтальной осью не зависит от длины отливки. При вертикальной
оси вращения высота падения струи тем больше, чем длиннее изделие.
Падение металла с большой высоты дает
брызги и размывает дно изложницы. Это
крайне усложняет процесс заливки (см. гла-
ву IX).
8. При литье колец с вертикальной осью
вращения металл подается на дно излож-
ницы и затем под действием центробежных
сил отбрасывается к периферии. Металл
«моет» изложницу, вызывая местный разо-
грев и быстрый износ. Кроме того, возмож-
но образование на донышке изложницы
торцовой настыли в виде тонкой диафраг-
мы, препятствующей свободной усадке
кольца.
Указанные недостатки весьма ощутимы
при литье колец из черных металлов и ме-
нее существенны при литье из некоторых
цветных металлов, обладающих высокой
пластичностью. На горизонтальных маши-
нах металл попадает непосредственно на
стенку изложницы или на слой ранее зали-
Рис. 54. Схема изготовления ко-
лец в формах с вертикальной и
горизонтальной осями вращения
того металла.
9. Вертикальное расположение осп вра-
щения упрощает сплошное заполнение фор-
мы жидким металлом. В некоторых случа-
ях возможна заливка металла в форму прямо из ковша без воронки или
желоба. Это дает значительное преимущество при заливке малых пор-
ций металла (например, при литье мелких втулок).
10. При изготовлении фасонных отливок, когда металл подается че-
рез центральный стояк в песчано-глинистую форму, применяют верти-
кальную ось вращения. Это удобно для монтажа форм на шпинделе, а
также дает возможность в ряде случаев заливать металл в неподвиж-
ную форму с последующим разгоном.
11. На центробежных машинах с вертикальной осью вращения удоб-
но монтировать металлические формы и крышки небольшой высоты, так
как эти детали имеют лучшую устойчивость в положении «плашмя» и
худшую в положении «на ребро».
Это особенно важно при частой смене на машине форм, например
при литье колец разных типоразмеров. В случае литья колец при гори-
зонтальной оси вращения приходится предусматривать специальные
приспособления, облегчающие монтаж изложниц и крышек (рис. 55).
12. Нанесение на стенку изложницы теплоизолирующего сыпучего
материала возможно только при горизонтальной или несколько наклон-
ной оси вращения.
При вертикальной оси вращения нанесение теплоизолирующего ма-
териала представляет большие трудности. Слой приходится наносить
74
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
на неподвижную изложницу, удержание материала на вертикальной
стенке невозможно без применения связующего. На дне изложницы
скопляется мусор. Качество покрытия значительно ниже, чем песчаного
покрытия горизонтальных изложниц.
13. Нанесение покрытия методом накатки (глава VII) требует рав-
номерного распределения формовочной смеси по длине формы, а это
возможно только при горизонтальной оси вращения.
14. При значительной длине изложницы конструкция вертикальной
машины очень усложняется по сравнению с
Рис. 55. Горизонтальная центробежная машина с уст-
ройством для установки и съема крышки изложницы:
/ — поворотный рычаг; 2 — ось; 3 — планшайба для захва-
та крышки
аналогичной горизонталь-
ной машиной (глава IX).
Усложняются также об-
служивание машины, об-
зор внутренней поверхно-
сти изложницы, очистка и
сквозная продувка ее.
15. Центробежные ма-
шины с горизонтальной
осью вращения распола-
гаются на цеховом полу,
тогда как машины с вер-
тикальной осью враще-
ния большей частью тре-
буют для удобства залив-
ки и монтажа форм за-
глубления ниже уровня
пола в специальном при-
ямке со съемным пере-
крытием. Это затрудняет доступ к машине, ее ремонт и текущее обслу-
живание.
С другой стороны, центробежные машины с вертикальной осью за-
нимают значительно меньшую площадь цехового пола, так как над
уровнем пола у этих машин находятся только форма и защитное ограж-
дение.
16. В некоторых случаях (например при литье труб в сырые песча-
но-глинистые формы) ось вращения к началу заливки труб устанавли-
вают с некоторым наклоном для быстрого распределения металла, после
чего переводят ее в горизонтальное положение, что обеспечивает устра-
нение продольной разностенности труб. Из приведенного следует, что
центробежное литье с горизонтальной (или слегка наклонной) осью
вращения применимо для широкого круга отливок, с вертикальной осью
вращения — более ограничено.
СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ
Скорость вращения формы является важным параметром техноло-
гии центробежного литья. При слишком низкой или высокой скоростях
вращения появляются дефекты как в процессе литья, так и в отливках.
При заниженной скорости вращения внутренняя поверхность получается
негладкой, металл плохо подхватывается формой, недостаточно очи-
щается от неметаллических включений и т. п. В случае завышенной ско-
рости вращения очень возрастает давление жидкого металла, что вызы-
вает образование трещин, усиленный пригар (песчано-глинистая фор-
ма), ликвацию компонентов сплава по плотности, вибрацию машины и,
СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ 75
как следствие, более быстрый износ ее, увеличивается потребная мощ-
ность привода и т. д.
Наилучшей скоростью является та наименьшая скорость, при кото-
рой получается отливка требуемого качества. Неправильным является
представление, что выбор скорости вращения должен быть произведен
с очень большой точностью и что небольшие отступления от оптималь-
ной скорости влекут за собой нежелательные явления. Опыт показы-
вает, что разбег порядка 10—15% от практически проверенной скорости
вращения большей частью не оказывает заметного влияния на процесс
заливки и качество отливок.
Нижний предел скорости вращения при литье полых заготовок с го-
ризонтальной осью вращения определяется следующим условием: зали*
ваемый металл во время первого оборота вокруг оси должен получить
ускорение, превышающее g. Невыполнение этого условия приводит
к «дождеванию» (переплескиванию) металла.
Для расчета скорости вращения металла при горизонтальной оси ис-
пользуют различные формулы. Приведем две наиболее известные и
сходные по структуре формулы, предложенные Кэмменом и Л. С. Кон-
стантиновым.
Формула Кэммена:
п----7=-, (55)
/г
где п — число оборотов в минуту;
С — коэффициент, зависящий от вида сплава, для стали— 1350, се-
рого чугуна и бронзы—1675, алюминия — 2250;
г— радиус внутренней поверхности отливки.
Формула Л. С. Константинова [38]:
5520
п = —_
(56)
где у — удельный вес сплава в гс!см3\
г — радиус внутренней поверхности отливки в см.
В основу этих формул положено выражение числа оборотов через
гравитационный коэффициент, хотя и в скрытой форме:
k — _( пп V г
g \ 30 / g
откуда
V- <57>
Формулы (55) и (56) сходны с формулой (57). Отсюда нетрудно най-
ти выражение для k для формул:
Кэммена
Л. С. Константинова
Л = -^. (340)
Подставляя в формулу (59) значения у, найдем гравитационные ко-
эффициенты (табл. 10), соответствующие формуле (56).
76 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Таблица 10
Значения гравитационного коэффициента k
Материал V в гс, см* к Материал V в гс см* k
Сталь 7,8 44,0 Бронза 8,4 40.5
Серый чугун .... 7,0 49,0 Алюминий 3,1—3.6 95—110
Гравитационный коэффициент связан с физической сущностью про-
цессов центробежного литья, поэтому выбор скорости вращения по гра-
витационному коэффициенту имеет реальные основания.
При этом следует учитывать некоторую условность этого метода, ос-
нованного на предположении, что металл вращается с угловой скоро-
стью формы.
С увеличением температуры заливки металла, скорости заливки и
толщины стенки скорость вращения внутренних слоев может значитель-
но отличаться от скорости вращения формы, и тогда расчетный грави-
тационный коэффициент имеет условный характер.
Недостаток формулы (56) следующий: гравитационный коэффици-
ент, положенный в ее основу, является постоянным для каждого сплава
и не учитывает всего многообразия технологических условий.
Формула Кэммена (55), поскольку она содержит эмпирический ко-
эффициент, является менее «жесткой». Однако физический смысл коэф-
фициента С в этой формуле завуалирован.
Выбор скорости вращения по величине гравитационного коэффици-
ента может дать более надежные результаты при использовании эмпи-
рически проверенных данных о гравитационных коэффициентах по ряду
освоенных центробежных отливок, приведенных в табл. 11.
Для того чтобы выбрать скорость вращения для какой-либо вновь
осваиваемой отливки, надо найти в табл. 11 изделие, которое сходно с
ней по конфигурации, толщине стенки, условиям отвода тепла и т. д.
Соответствующий гравитационный коэффициент (табл. 11) и радиус
внутренней поверхности новой отливки подставляют в формулу (57) и
находят скорость вращения изложницы.
Для определения п по k и внутреннему диаметру отливки d можно
также воспользоваться графиком (рис. 56).
В отличие от формул, рассмотренных выше, К- У- Цветненко в пред-
ложенной им формуле1 для центробежного литья с горизонтальной
осью вращения попытался отразить ряд параметров, влияющих на фор-
мирование отливки, а также учесть неустановившиеся движения в кру-
говом потоке до перехода его в состояние относительного покоя:
0,085g pS/?/ —rg)(l —25/7RJ-г2
пФ =-------------------—--------+--------—----• (60)
+ P1 ,Г°
Формула (60) позволяет определять наименьшие скорости вращения
для каждого момента времени в зависимости от ряда параметров. Эти
формулы подтверждают следующее:
1 См. обозначения к формуле (40).
СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ 77
Таблица 11
К выбору скорости вращения по гравитационному коэффициенту k
(ось горизонтальная)
Отлнвка Металл Форма ^min D d Источник
Гнльзы трактора Чугун Металлическая с * покрытием толщиной 1 м-м 30.4 1.17 Глава VII
Песчано-глинистая сырая 40 1.17 Глава VII
Гильзы стационар- ных и транспортных дизелей » Песчано-глинистая сухая Прн залив- ке 30,6; прн затвер- девании 47.6 1.3 Глава VII
Втулки различного назначения » Металлическая с песчаным покрытием толщиной 1.5—5 32-89 — Глава VI
Трубы конденса- торные фланцевые » Песчано-глинистая сырая 36 1 , 18 Глава VIII
Трубы и трубные заготовки Сталь углеро- дистая и легиро- ванная Металлическая с сыпучим покрытием. Заливка коротким желобом 35-63 1.4—1.8 Глааа IX
Кольца подшипни- ков качения Сталь подшип- никовая М гтал л ич ес ка я 70 2,68 Глава IX
Фланцы трубопро- водов Сталь углеро- дистая Металлическая с покрытием 17-30 2,3-2.8 Глава IX
Втулкн Свинцовистая бронза Бр.ОС 5-25 Металлическая 3,3 1,55 Глава X
Крупные втулки Бр.АЖ 9-4 » 16,4 1,16 Новокрама- торский завод (г- Крама- торск)
Мелкие втулки1 Разчичныз мед- ные и алюминие- вые сплавы > 60-300 — Глава X
Втулки н кольца Силумин (до 8% Si) Металлическая, температура формы 180—200° С 80-120 — [3]
Силумин (11 — 12% Si) 30—50 —
Втулки и кольца Латунь ЛК 80—ЗЛ Металлическая, температура формы 180—200° С 25-50 — [3]
Чистый алюми- НИЙ 13-25 —
Песчано-глинистая 20—25 —
Биметаллические втулки Сталь—баббит Металлическая 25-30 — Глава XI
Сталь—бронза 50-60 — Глава XI
78 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Продолжение табл. 11
Отливка Металл форма k - min D d Источник
Роторы электродви- гателей1 Алюминий Металл ическая, форма подогрета до 350—400° С 6-11 — Глава XII
Металлическая хо- лодная форма, пазы малого сечения 280 — Глава XII
1 При вертикальной оси вращения.
1. Чем больше массовая скорость заливки, тем больше должна быть
скорость вращения. Физическая сущность
Рис. 56. График скорости вращения различных
изложниц
этой зависимости состоит в
том, что для сообщения не-
обходимого ускорения уве-
личенной массе металла
нужна увеличенная ско-
рость.
2. Такая же зависимость
существует между удель-
ным весом сплава и скоро-
стью вращения. В этом не-
трудно убедиться, подста-
вив в формулу (60) v = —
и — = w = const, где а—
у
динамическая вязкость, а
w — объемная скорость за-
ливки.
При одинаковой объем-
ной скорости заливки необ-
ходимая скорость вращения
пропорциональна у, что
подтверждается эксперимен-
тами. Например, при прочих
равных условиях пкр для
свинца в 4 раза больше пкр
для алюминия.
3. Скорость вращения
обратно пропорциональна
вязкости сплава. Макси-
мальное значение Пф соот-
ветствует моменту оконча-
ния заливки.
После окончания залив-
ки скорость вращения мо-
жет быть либо сохранена, либо постепенно снижена, так как критиче-
ская скорость формы постепенно уменьшается.
Первый из этих вариантов обеспечивает более интенсивное выделе-
ние неметаллических включений на внутренней поверхности, что имеет
ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ ИЗЛОЖНИЦ 79
значение, например, при литье стальных трубных заготовок с повышен-
ной толщиной стенок, поскольку перед прокаткой внутренний слой, обо-
гащенный примесями, удаляют механической обработкой. Для трубных
заготовок с небольшой толщиной стенки, которые прокатываются без
предварительной механической обработки, желательнее второй режим
(со снижением скорости вращения после заливки), поскольку при нем
достигается более равномерное распределение примесей в отливке.
Следует отметить, что для некоторых отливок расчет по формуле
(60) неприемлем. Таковы, например, толстостенные отливки, получае-
мые по методу закрытых торцов, а также тонкостенные трубы, изготов-
ляемые в водоохлаждаемых металлических формах (см. главы VIII
и IX).
Причины этого следующие. Формула К. У. Цветненко основана на
том, что весь заливаемый металл находится в круговом вращении, тог-
да как при литье толстостенных или сплошных заготовок по методу
закрытых торцов часть металла во внутренней зоне отливки в течение
продолжительного времени остается вне кругового потока и постепенно,
по мере остывания отливки, вовлекается в круговой поток. Формула
(60) для этого случая дала бы резко завышенные скорости вращения.
Другая группа отливок, для расчета которых неприемлема формула
(60), это тонкостенные трубы, изготовляемые в водоохлаждаемых из-
ложницах. Формула (60) учитывает длину отливки, так как предпола-
гается, что металл заливается с одного конца изложницы и затем про-
текает по всей ее длине. Между тем при литье труб металл распреде-
ляется по длине изложницы с желоба, движущегося относительно из-
ложницы. Поэтому в данном случае длина изложницы никак не должна
влиять на скорость ее вращения.
Для такой специфической области, как литье труб в водоохлаждае-
мые изложницы, вряд ли требуется расчетное определение скорости
вращения. Дело в том, что число типоразмеров труб, получаемых в этих
условиях, очень мало (по стандарту в СССР всего 8, в США—И).
Режим вращения проверен в массовом производстве труб в течение дол-
гих лет, и в случае надобности его нетрудно откорректировать.
При расчете скорости вращения полых отливок с вертикальной осью
вращения исходят из допустимой продольной разностенности (см. гла-
вуП).
Расчетная скорость вращения во всех случаях должна быть практи-
чески проверена и окончательно уточнена на опытных отливках.
ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ ИЗЛОЖНИЦ
Эта технологическая операция тесно связана с особенностями цент-
робежного литья и применяется при литье цилиндрических заготовок.
Нанесение ровного слоя сыпучего материала — обычно сухого квар-
цевого песка, удержание его на стенках и придание ему таких свойств,
при которых он противостоит размыванию струей заливаемого металла,
возможно только в быстровращающейся изложнице.
Покрытие изложниц имеет следующие цели:
1. Уменьшить скорость и степень нагрева изложниц, что повышает
их стойкость.
2. Уменьшить скорость охлаждения отливки, что предохраняет их от
трещин (сталь), отбела (чугун), спаев и других дефектов.
80 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
3. Сохранить заливаемый металл более длительное время в жидком
состоянии, что обеспечивает растекание его равномерным слоем по по-
верхности изложницы, а также облегчает изготовление двухслойных от-
ливок методом последовательной заливки слоев.
4. В отдельных случаях за счет различной толщины покрытия из-
ложницы можно изменять наружный диаметр отливок.
Толщина теплоизолирующего покрытия зависит от толщины стенки
отливки и от заливаемого сплава. Толщина слоя при литье чугунных
втулок принимается от 2—5 мм. Для центробежных отливок из различ-
ных сталей в настоящее время еще не существует установленных норм
толщины теплоизолирующего слоя.
В различных случаях выбирают толщину слоя на основе опыта
литья конкретных заготовок. Например, на Южнотрубном заводе (г. Ни-
кополь) при литье стальных трубных заготовок из нержавеющих сталей
с наружным диаметром 90—120 мм и при скорости вращения
1200 об) мин наносят на изложницу песок слоем 0,8—1,3 мм\ при диа-
метре 200—400 мм и толщине стенки до 60 мм — слой песка 5—6 мм\
при литье трубных заготовок диаметром 700 мм, толщине стенок до
120—130 мм и скорости вращения 370 об)мин— слой песка 8—10 мм;
при литье стальных заготовок диаметром 870 мм с толщиной стенки до
360 мм и скорости 260 об!мин— слой песка 12—17 мм. Особенно толстый
слой песка — до 40 мм (Южнотрубный завод) и даже до 70 мм
(ЦНИИТМАШ) применяли в тех случаях, когда в одной изложнице по-
лучали изделия с различным наружным диаметром.
Коуплэнд дал следующую эмпирическую зависимость между толщи-
ной футеровки Т и толщиной стенки отливки t (рис. 57):
7 = 0,75/7. (61)
Теплоизолирующий слой наносят на изложницу с помощью специаль-
ного желоба, который вводят во вращающуюся изложницу, и, опроки-
дывая, высыпают по всей ее длине отмеренную заранее порцию песка.
При футеровке толщиной более 3 мм не всегда получается ровный
слой, появляются волны, бугры и т. д., при толщине 10 мм наблюдаются
крупные бугры высотой 10—15 мм. П. П. Берг и П. В. Семенов
(ЦНИИТМАШ) исследовали условия нанесения теплоизолирующего
ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ ИЗЛОЖНИЦ 81
слоя [8]. Во вращающуюся изложницу центробежной машины подавали
сыпучий материал с различной крупностью зерна, затем с помощью
стробоскопа «останавливали» изложницу и определяли визуально и фо-
тосъемкой гладкость полученного слоя.
Результаты опытов показали, что существует критическая толщина
слоя, при превышении которой возникают неровности, бугры и т. п.
С увеличением центробежных сил критическая толщина слоя увели-
чивается. Такое же влияние оказывает и средний размер зерна сыпучего
материала.
Толщина критического слоя резко снижается под влиянием вибра-
ции изложницы. Это объясняется тем, что вибрация уменьшает внутрен-
нее трение в сыпучем материале.
На гладкость слоя большое влияние оказывает технология его нане-
сения. Хорошие результаты дает засыпка в несколько приемов. По дан-
ным ЦНИИТМАШа, при нанесении слоя люберецкого песка КО20 тол-
щиной 10 мм на изложницу диаметром 200—480 мм при скорости вра-
щения 600 об!мин хорошая поверхность получается при засыпке слоем
0,8—1,5 мм.
Проведенные эксперименты показали, что опрокидывание желоба с
сыпучим материалом против направления вращения изложницы дает
более ровный слой, чем опрокидывание по вращению.
Д. М. Крымский применял желоб, покрытый сеткой с ячейками I—
2 мм для получения равномерного слоя сыпучей футеровки.
Для практики очень важны противопригарные свойства сыпучих
материалов (48, 86].
Для нанесения слоя значительной толщины целесообразно приме-
нять двуслойную футеровку, состоящую из наружного сравнительно
толстого слоя из крупнозернистого сыпучего материала и внутреннего
тонкого слоя из мелкозернистого материала.
Уменьшение размера зерен теплоизоляционного слоя затрудняет
проникновение расплава между зернами, так как уменьшение зазоров
между ними ведет к росту гидравлических сопротивлений и увеличению
интенсивности охлаждения металла, затекающего в поры [48].
Однако известно, что мелкозернистые материалы быстрее оплавля-
ются, ввиду чего они могут способствовать образованию химического
пригара. М. М. Левин и П. В. Семенов исследовали различные материа-
лы в отношении их склонности к образованию химического пригара [48].
Все материалы брали в сухом сыпучем состоянии без всяких добавок
(в том числе и связующих), чтобы воспроизвести условия, которые су-
ществуют при их использовании для центробежного литья.
Исследование показало, что по убывающей склонности к образова-
нию химического пригара материалы можно расположить следующим
образом: кварцевый песок, шамот, магнезит, хромомагнезит, хромистый
железняк, цирконовый песок.
В результате исследования было обнаружено неожиданное явление.
Уменьшение размеров частиц теплоизоляционного слоя снижает его
склонность к образованию химического пригара. Например, цирконовый
песок более склонен к образованию химического пригара, нежели цир-
коновая мука.
Покрытие цирконовой мукой при центробежном литье заготовок из
различных сталей с толщиной стенки до 180 мм позволило получить их
без пригара.
82 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
ДОЗИРОВАНИЕ МЕТАЛЛА
При центробежном литье полых заготовок диаметр свободной внут-
ренней поверхности зависит от количества залитого металла и, следова-
тельно, точность этого размера связана с точностью дозирования.
Существует несколько способов дозирования металла: а) по объему;
б) по массе; в) по переливу избытка металла; г) по замеру уровня сво-
бодной поверхности.
Дозирование по объему заливаемого металла производится с по-
мощью мерных ковшей, футерованных по шаблону. Уровень металла в
ковше определяется меткой или уступом в футеровке.
При заполнении ковша металлом он должен быть установлен верти-
кально и неподвижно, чтобы повысить точность дозирования. При под-
ходе к заданному уровню скорость заливки уменьшают.
В ряде случаев при заливке форм ручными ковшами дозирование
металла производят с достаточной точностью «на глаз» по уровню ме-
талла в ковше и по мускульному ощущению тяжести ковша у заливщи-
ка. Если в ковш попал лишний металл, заливщик сливает его в разда-
точный ковш.
Относительно простой метод дозирования по объему имеет сущест-
венные недостатки. Емкость ковша постепенно изменяется, так как ме-
талл местами размывает футеровку, местами намерзает на ней. Опреде-
лению уровня металла в ковше мешает блеск зеркала металла, шлак,
покачивание ковша на подвесках и т. п.
Необходимый объем металла зависит от его температуры, однако
внесение этой поправки практически затруднительно.
Дозирование по массе возможно при заполнении ковша металлом
в расчете на одну заливку или на несколько заливок L
Для этой цели применяют обычно механические весы со стрелочны-
ми указателями. Однако в последние годы разработаны гораздо более
совершенные методы взвешивания металла с применением тензометри-
ческих датчиков [78, 91].
В США для сталеразливочных кранов созданы тензометрические ве-
совые устройства. В траверсу, к которой подвешен разливочный ковш,
встраивают тензодатчики.
Сигналы от датчиков поступают в блок связи и суммирующее уст-
ройство. Суммарный сигнал передается в управляющее устройство,
где он усиливается и корректируется. Результирующее напряжение яв-
ляется линейной функцией нагрузки на крюке с погрешностью ме-
нее 0,1 %.
Аналоговый весовой сигнал преобразуется далее в дискретную фор-
му, а затем в вычитающем устройстве в сигнал массы разлитого метал-
ла или сигнал массы металла нетто (т. е. за вычетом массы ковша).
Управление системой осуществляется из кабины крановщика. На
пульте установлено 5 кнопок для следующих операций:
1. Установка на ноль для вычитания массы пустого ковша.
2. Установка на ноль перед выпуском очередной порции металла.
3. Демонстрация на первом табло массы металла в ковше в данный
момент времени.
4. Демонстрация на втором табло массы выпускаемой порции метал-
ла в данный момент времени.
1 В некоторых случаях дозирование заливаемого металла определяется массой
плавки.
ДОЗИ РО ВАН И Е МЕТАЛЛА 83
5. Включение печатающего устройства для фиксации массы метал-
ла в ковше или массы залитых порций металла.
Разница в массе отдельных порций металла, заливаемых с помощью
данного устройства, находится в пределах 0,5—0,75%.
В СССР был создан автоматический дозатор жидкого металла по
массе, установленный на разливочной тележке для центробежных ма-
1_____1-----------1-----------
64 68 72 76 80 мм
Внутренний диаметр отливки
160 156 15Z 148 144 140 136 132 кг
Масса отливки
Рис. 58. Кривые распределения по-
грешностей дозирования по массе:
1 — автоматического; 2 — ручного (d —
внутренний диаметр отливки, G — масса
отливки)
Рис. 59. Крановые тензовесы
шин. Датчиком в этом устройстве является работающий на скручивание
упругий валик с наклеенными на него тензосопротивлениями.
Сигнал датчика подается на прибор, стрелка которого движется со-
ответственно изменению массы ковша, начиная с момента открытия сто-
пора. Когда стрелка достигает положения, соответствующего выдаче из
ковша заранее заданной порции металла, срабатывает фотореле и с по-
мощью гидропривода стопора ковша перекрывает струю.
Распределение погрешности дозирования по массе при литье трубных
заготовок приведено на рис. 58.
Для дозирования металла при центробежном литье были также раз-
работаны крановые тензовесы конструкции ВНИТИ [78]. Они состоят из
специальной подвески с датчиками (рис. 59) и измерительного прибора,
соединенного кабелем с датчиками подвески.
Упругая деталь 9 трубчатой формы с наклеенными на нее проволоч-
ными датчиками работает на растяжение. Усилие от крюка 1 через тяги
2 и траверсу 10 передается на деталь 9 и далее через гайку 8 и сфериче-
скую шайбу 7 на верхнюю траверсу 6. Четыре стержня 3, а также цент-
ровой стержень 5 служат предохранителями на случай среза детали 9.
Для защиты датчиков от теплового излучения жидкого металла слу-
жит кожух 4, между стенками которого находится асбестовая крошка.
При испытании крановых тензовесов погрешность взвешивания не
превышала 1%.
84 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
Дозирование металла методом перелива заключается в том, что из-
быточный металл сливается из формы через отверстие в крышке или в
промежуточном кольце (калибровочное отверстие), которым и опреде-
ляется внутренний диаметр отливки. Перелив металла служит сигналом
к прекращению заливки.
Точность дозирования зависит от толщины настыли металла, намер-
зающей на сливной кромке ограничительной стенки. Чем толще эта на-
Рис. GO. Точность дозирования металла методом
перелива:
а — влияние температуры заливки иа толщину настыли;
б — влияние толщины сливной кромки калибровочного
стержня иа толщину настыли; в — калибровочный стер-
жень с узкой сливной кромкой; г — точность дозирова-
ния: 1 — калибровочный стержень новой конструкции;
2 — обычный стержень
стыль, тем меньше стано-
вится внутренний диаметр
отливки.
Д. Д1. Крымский иссле-
довал влияние температуры
заливаемого чугуна (рис. 60,
а) и толщины калибровоч-
ной стенки (стержня) на
толщину настыли металла
на сливной кромке (рис. 60,
б). Размеры отливки:
DHap = 212 мм, deH= 170 мм,
скорость вращения 600 об/
мин [41].
С увеличением темпера-
туры заливаемого чугуна и
уменьшением толщины ка-
либровочного стержня
уменьшается толщина на-
стыли, намерзающей на
сливной кромке, и, следова-
тельно, увеличивается точ-
ность дозирования (рис. 60,
г). На этой основе был раз-
работан калибрующий стер-
жень с уменьшенной толщи*
ной сливной кромки (рис.
60, в).
Когда калибровочное от-
верстие находится в металлической крышке, образование заливов, сое-
диняющих крышку с отливкой, нежелательно, так как они легко отби-
ваются только при литье хрупких сплавов (чугуна) и значительно труд-
нее при литье пластичных. Этот недостаток можно устранить, если пе-
релив будет не по всей кромке отверстия, а только по канавке.
Канавку делают в крышке (рис. 61, а, в) или в стержне, вставленном
в крышку (рис. 61,6). Донышко канавки в крышке может быть гори-
зонтальным (рис. 61, в) или наклонным (рис. 61, а, б). Такие же
канавки могут быть предусмотрены и в калибрующем стержне
(рис. 61, в).
Сигналом для прекращения заливки может быть появление металла
в канавке (при вращении это дает светлое кольцо) или начало разбрыз-
гивания через канавку в оградительном кожухе машины. Следует отме-
тить, что при разбрызгивании металла образуются мелкие сплески,
которые при последующей переплавке дают большой угар. Устройство
с калибрующим стержнем и карманом для избыточного металла (см.
рис. 60, в) более рационально.
ДОЗИРОВАНИЕ МЕТАЛЛА 85
Дозирование металла по уровню свободной поверхности центробеж-
ной отливки основано на том, что при достижении заданного внутреннего
диаметра металл воздействует на устройство, дающее сигнал на прекра-
щение заливки.
Устройство представляет собой графитовую лопасть, укрепленную
на поворотной оси. Лопасть устанавливают в изложнице на заданный
размер. Когда уровень металла достигнет лопасти, она поворачивается
и замыкает контакт.
Устройство, основанное на замыкании электрической цепи сигнала
жидким металлом, применяли для литья втулок из цветных сплавов на
центробежной машине с горизонтальной изложницей, закрепленной кон-
сольно на полом шпинделе [112]. Через шпиндель проходил провод,
включенный в цепь сигнальной электрической лампы. На торце шпинде-
ля (со стороны изложницы) закрепляли электрод соответственно толщи-
не стенки отливки. На противоположном торце шпинделя устанавливали
токосъемную шайбу, к которой примыкала неподвижная щетка. Когда
залитый металл касался электрода, электрическая цепь замыкалась
через машину на землю.
При литье заготовок большого диаметра возможно также устройство
с визуальным наблюдением уровня металла в изложнице. Для этого в
крышке изложницы в специальных отверстиях устанавливают на задан-
ном диаметре кварцевые стаканчики, заполнение которых металлом
хорошо видно заливщику. Данный метод дозирования можно использо-
вать при литье двуслойных заготовок. При дозировании по уровню ме-
талл не заливает крышки и не разбрызгивается. После получения сигна-
ла требуется некоторое время, чтобы прекратить подачу металла, что
вызывает погрешности дозирования. Поэтому настройка устройства
должна производиться на несколько больший размер внутреннего от-
верстия отливки.
Из рассмотрения различных методов дозирования следует, что метод
дозирования по массе является наиболее точным при условии постоян-
ства наружных размеров отливки.
На точность дозирования не влияют такие переменные факторы, как
температура заливаемого металла, его вязкость, скорость заливки, со-
стояние ковша и т. п. Погрешности при взвешивании невелики. Однако
этот способ целесообразно применять только при наличии совершенных
взвешивающих устройств.
86 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
СКОРОСТЬ ЗАЛИВКИ
Скорость заливки металла является одним из важных технологиче-
ских параметров центробежного литья. В отличие от скорости заливки
металла в песчано-глинистую форму, зависящей от литниковой системы,
скорость заливки центробежных форм во многих случаях может регули-
роваться заливщиком.
Скорость заливки металла при центробежном литье может быть вы-
ражена через среднюю массовую скорость q\, объемную скорость
среднюю скорость нарастания толщины слоя полой цилиндрической от-
ливки и среднюю скорость нарастания тепловой нагрузки д4.
Для сравнения скоростей заливки различных по размерам отливок
выражения объемной или массовой скорости недостаточны. Одна и та
же объемная или массовая скорость может быть большой или малой
в зависимости от размера отливки.
Скорость дз является условной величиной, так как: 1) при постоянст-
ве массовой или объемной скорости заливки нарастание толщины стенки
происходит с переменной скоростью, а 2) распределение вновь посту-
пившего металла по всей поверхности требует времени.
Несмотря на условность величины дз, она дает технологу представле-
ние о скорости нарастания жидкого слоя и позволяет сравнивать скоро-
сти заливки различных по размерам отливок, а также сравнить скорость
нарастания жидкого слоя со скоростью нарастания затвердевшего слоя.
Для получения здоровой отливки необходимо, чтобы в период залив-
ки толщина затвердевшего слоя была постоянно меньше толщины зали-
того слоя металла. В ряде случаев может оказаться полезным расчет
толщины залитого слоя в каждый данный момент времени [75].
Средняя скорость нарастания тепловой нагрузки на единицу наруж-
ной поверхности отливки
д4 = ккал/ (см2' сек), (62)
Ft
где i — удельное теплосодержание металла; при нагреве на 50° С выше
ликвидуса теплосодержание чугуна 239, стали 318, бронзы
151, алюминия 259 ккал/кг-,
F — наружная поверхность отливки в см2',
Q — масса отливки в кг;
х — продолжительность заливки.
Это выражение для скорости заливки так же, как и предыдущее, яв-
ляется условным, но в большей мере характеризует тепловые условия
при заливке металла.
Задаваясь величиной д4, можно определить продолжительность за-
ливки т.
Опыт центробежного литья крупногабаритных барабанов из различ-
ных сплавов показал определенную зависимость между д4 и качеством
наружной поверхности отливок.
Скорость заливки влияет на качество наружной поверхности отливки,
на скорость продольного течения металла и заполнения формы, на вели-
чину критической скорости вращения формы и интенсивность относи-
тельного движения в жидком металле.
В начале заливки желательно ускорить подачу металла, чтобы быст-
рее распределить металл по всей поверхности формы и избежать обра-
зования неслитин и спаев на поверхности отливки. В дальнейшем ско-
ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ 87
рость наращивания толщины слоя желательно снизить, так как при этом
создаются благоприятные условия для направленного затвердевания,
уменьшается гидравлическое давление на затвердевшую оболочку, в
меньшей степени успевает развиться ликвация и т. д.
Регулировать скорость заливки удобно при заливке металла через
носок ковша и гораздо сложнее при заливке через стопор или через чашу
с отверстием.
В некоторых случаях, например при литье массивных колец из брон-
зы, в конце заливки доливают металл порциями через небольшие про-
межутки времени, чтобы компенсировать усадку и поддерживать внут-
реннюю прибыльную зону отливки в жидком состоянии.
ПРИПУСКИ НА ОБРАБОТКУ
Припуски на обработку центробежных отливок зависят от глубины
залегания литейных дефектов.
Рис. 62. Расположение усадочной зоны в полых центро-
бежных отливках:
а — коротких, толстостенных; б — длинных, тонкостенных
По наружной поверхности припуски всегда значительно меньше, чем
по внутренней. Они составляют от 2 до 12 мм в зависимости от толщины
стенки отливки, материала покрытия формы и т. п.
Припуски на внутренней поверхности полых отливок зависят от рас-
положения внутренней усадочной зоны, образовавшейся по линии стыка
двух фронтов кристаллизации: наружного и внутреннего (рис. 62).
Глубина расположения усадочной зоны зависит от соотношения ско-
ростей охлаждения отливки снаружи и изнутри.
Кумберленд показал, что в длинных отливках (трубы) глубина зале-
гания усадочной зоны (рис. 62, б) незначительна вследствие небольших
потерь на теплоизлучение по сравнению с короткими отливками (коль-
ца, втулки) (рис. 62, а). Соответственно изменяются и припуски на об-
работку внутренней поверхности обратно пропорционально 1g— [118].
* d
Кроме того, припуски зависят от заливаемого сплава. В порядке
увеличения припуска сплавы располагаются следующим образом: чугун,
медные сплавы, аустенитные стали, ферритные стали, никелевые сплавы.
ГЛАВА V
ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ
ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН
Центробежные машины имеют разнообразную конструкцию в зави-
симости от их назначения. Специальные конструкции центробежных
машин даны при описании технологических процессов изготовления той
или иной отливки. Вместе с тем все центробежные машины имеют об-
щие элементы, рассмотрение которых целесообразно выделить.
Каждая центробежная машина имеет следующие основные элемен-
ты: а) изложницу с крышками и опорными устройствами; б) привод;
в) заливочное устройство; г) устройство для охлаждения; д) оградитель-
ные устройства.
ИЗЛОЖНИЦЫ
Короткие изложницы обычно консольно монтируют на валу (шпин-
деле) машины или крепят к планшайбе.
На рис. 63 приведены два варианта сопряжения изложницы и крыш-
ки. Обычно крышка нагревается сильнее, чем изложница, поскольку по-
следняя во многих машинах охлаждается водой. Если между крышкой и
изложницей будет небольшой зазор, то после нагрева крышка может за-
клиниться в изложнице (рис. 63, б). Если же этот зазор сделать больше,
то в него может проникнуть при заливке жидкий металл, который будет
охватывать выступ крышки. Крышка, не имея возможности свободно
расширяться, будет сильно давить на стенки изложницы, что может при-
вести к образованию трещины. Кроме того, удалить крышку при из-
влечении отливки затруднительно.
Сопряжение изложницы и крышки, показанное на рис. 63, а, удов-
летворительное. Даже в том случае, если на торце изложницы не будет
плотного прилегания и появлятся заливы, они вреда не причинят.
На практике используют различные варианты крепления изложницы
к шпинделю. Недостаток варианта, приведенного на рис. 64, а, в том,
что обечайка изложницы и ее торцовая стенка сделаны заодно. В этой
конструкции неизбежны большие термические напряжения вследствие
того, что обечайка, имеющая теплоизолирующее сыпучее покрытие, на-
гревается в меньшей степени, чем торцовая стенка. Конструкция на
рис. 64, б не имеет этого недостатка. Однако способ крепления обечайки
болтами или шпильками, входящими в тело обечайки, является неудов-
летворительным, так как в местах сверления и нарезки концентрируют-
изложницы.
89
ся значительные термические напряжения. Опыт показывает, что в из-
ложницах именно в этих местах чаще всего образуются трещины.
Конструкция крепления, приведенная на рис. 64, в, является более
удовлетворительной. Болтовое отверстие в этой конструкции удалено от
мест, подверженных сильному нагреву. В случае соединения частей из-
ложницы болтами следует предусматривать возможность упругой ком-
пенсации, так как при жестком соединении тепловое расширение соеди-
няемых деталей может вызвать смятие резьбы. При неодинаковом
Рис. 63. Варианты сопряжения изложницы и крышки
Рис. 64. Варианты крепления изложницы на шпинделе
нагреве сопряженных деталей изменяются величины посадочных за-
зоров. Увеличение А размера детали при нагреве
Д = аП(/2—^),
где а — коэффициент линейного расширения, а = 12-10-6.
Например, при конструировании сопряжения изложницы с крышкой
можно принять, что крышка нагревается на — 200° С выше изложницы.
Диаметр нагретой крышки
= A = D(l+a-200);
при D = 200 мм D] = 200,48 мм, т. е. зазор уменьшится на 0,48 мм.
В вертикальных машинах соединение изложницы и шпинделя с по-
мощью конусной муфты позволяет легко менять изложницы и обходить-
ся без всяких добавочных креплений, так как муфта затянута весом из-
ложницы. При этом угол конуса муфты должен быть больше угла тре-
ния, чтобы при неодинаковом нагреве или охлаждении половинок муфты
происходило свободное осевое смещение сопряженных деталей.
Термически обработанные детали, например пружинящие шайбы,
пружины, винты, не следует располагать в местах, где они могут на-
греться свыше 200° С, чтобы не произошел отпуск.
По тем же соображениям подшипниковые опоры, находящиеся вбли-
зи нагретых изложниц, должны быть защищены от нагрева охлаждени-
ем, изоляцией и т. д.
90 ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН
Зазоры в шарико-роликоподшипниках, как правило, очень малы, по-
этому необходимо учитывать возможность защемления роликов или ша-
риков кольцами в результате неодинакового нагрева внутреннего и на-
ружного колец. Желательно, чтобы поток тепла был направлен через
наружное кольцо к внутреннему, а не наоборот.
На рис. 65 приведено несколько вариантов конструкции крышек.
Вариант на рис. 65, а является неудовлетворительным, так как при
переливе металла может образоваться настыль, скрепляющая крышку
с отливкой. При использовании конструкции крышки, приведенной на
рис. 65, б, в случае перелива избыточный металл не дает настыли.
В обоих вариантах переливаемый металл может попадать на детали
крепления крышки, что недопустимо. Крепление крышки должно быть
защищено от брызг металла (рис. 65, в).
Рис. 65. Конструкции крышек изложниц
Рис. 66. Крепление крыш-
ки щеколдой:
1 — щеколда; 2 — хомут;
3 — фасонный болт
Кроме того, переход между торцовой стенкой крышки и цилиндри-
ческой поверхностью изложницы получается без скругления (рис. 65, а
и б). Это вызывает концентрацию напряжений в отливке, что может
быть причиной образования трещин на острой кромке. Более целесооб-
разен в таких случаях вариант на рис. 65, в, обеспечивающий плавное
скругление кромки отливки.
При конструировании длинных изложниц, особенно тех, которые не
имеют песчаной футеровки и подвержены сильным тепловым ударам,
необходимо по возможности предусматривать одинаковое сечение сте-
нок по всей длине. Каждое утолщение вызывает местное изменение
жесткости и температурных напряжений и может способствовать ис-
кривлению (короблению) изложницы.
Поэтому пояски, которыми изложница опирается на ролики, должны
иметь минимальное утолщение, а диск для осевой фиксации изложницы
лучше выполнять отдельно и закреплять на изложнице. Профильные
участки изложницы должны иметь плавно скругленные переходы. При
креплении на изложнице каких-либо деталей следует избегать сверле-
ния тела изложницы под болты.
В изложницах делают небольшие проточки, куда вставляют разрез-
ные пружинящие кольца, служащие базой для крепления различных
деталей. Футерованные изложницы нагреваются значительно медлен-
нее и слабее, и потому к их конструкции предъявляются менее жесткие
требования.
Конструкции замков для крепления крышек изложниц. Крепление
болтами является надежным, но требует значительного времени, а так-
изложницы 91
Рис. 67. Крепление крышек центробежными
замками:
а — с пружиной: б — с упорными рычажками
же наличия фланцев у изложницы и крышки. Крепление накидными
болтами удобнее, требует меньшей затраты времени на закручивание
гайки для закрепления. Незакрепленный болт принимает при вращении
радиальное положение.
Крепление щеколдой (рис. 66) требует поворота гайки на неболь-
шой угол (— 60е). Это удобное крепление получило широкое приме-
нение. Торец щеколды имеет уклон, что обеспечивает прижим
крышки.
На труболитейных машинах для крепления поддонов с раструбными
стержнями применяют прихваты. При установке поддона прихват от-
клоняется, а затем под действием пружины изложницы повертывается
и удерживает поддон. При
вращении изложницы при-
хват под действием центро-
бежной силы сохраняет это
положение.
Крепление центробежны-
ми замками очень удобно
при вертикальном располо-
жении изложницы, так как
во время остановки излож-
ницы крышка автоматичес-
ки освобождается. При го-
ризонтальной оси вращения
эта конструкция центро-
бежного замка менее удоб-
на, так как при неподвиж-
ной изложнице и в самом
начале вращения верхние
рычажки под действием гру-
за отходят от крышки п она
может выпасть.
Конструкция замка, по-
казанная на рис. 67, а, устраняет возможность раскрепления крышки.
Однако съем крышки в этой конструкции несколько усложняется. При
использовании конструкции замка с упорными рычажками и пружинны-
ми защелками (рис. 67,6) до начала вращения запирают центробежные
зажимы 2 вручную с помощью рычажков 3, которые удерживаются под-
пружиненными упорами 1 [31]. Во время вращения рычажки 3 под дей-
ствием центробежной силы стремятся занять радиальное положение,
утапливают упоры 1 и освобождают зажимы 2, Поэтому, когда враще-
ние прекращается, центробежные зажимы не препятствуют удалению
крышки.
Клиновые замки являются надежными, но неудобными в эксплуата-
ции: клинья не связаны конструктивно ни с крышкой, ни с изложницей,
и их приходится каждый раз ставить при сборке и снимать при удале-
нии отливки.
Крепление крышки радиальными нажимными болтами, упирающи-
мися в стенку изложницы, ненадежное, так как сила трения, развивае-
мая болтами при затяжке, может во время работы уменьшиться вслед-
ствие тепловых деформаций. Подобная конструкция крепления крышки
недопустима, она не гарантирует безопасности обслуживающему персо-
налу.
92 ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН
Нельзя также допускать прижима крышки давлением сжатого воз-
духа, так как при аварийном падении давления (прорыв шланга) возмо-
жен выброс жидкого металла из изложницы.
Балансировка изложниц. Для нормальной, спокойной работы цен-
тробежной машины изложница, имеющая быстрое вращение, должна
быть хорошо уравновешена. Только в этом случае она не будет вызывать
вибрации всей машины.
Существуют два вида неуравновешенности: статическая и динами-
ческая.
Статическая неуравновешенность обаруживается без вращения тела,
динамическая — только при вращении.
Большей частью для уравновешивания изложниц достаточно обто-
чить их кругом. В тех случаях, когда в изложнице сверлят отверстия
для выхода газов из футеровки, отверстия необходимо располагать в
таком порядке, чтобы сохранить уравновешенность изложницы.
Неуравновешенность может появиться после заливки металла, если
центр тяжести отливки имеет эксцентрицитет по отношению к оси вра-
щения, при короблении изложницы и т. п.
Статическая балансировка производится на специальных ножах
или на роликах. Центр тяжести неуравновешенной изложницы стремит-
ся занять нижнее положение, и изложница перекатывается, если ее от-
клонить от этого положения. Задача балансировки в первом приближе-
нии сводится к тому, чтобы изложница в любом положении оставалась
неподвижной.
Динамическая балансировка применяется значительно реже. Ее
производят на самой центробежной машине. О величине дисбаланса
можно судить по замеру вибрации кронштейнов опорных роликов и т. п.
Наиболее простым способом динамической балансировки является ме-
тод обхода грузом. Пробный груз закрепляют на изложнице хомутами
и последовательно обходят этим грузом вокруг оси изложницы. В каж-
дом положении замеряют амплитуду вибрации ближайшей опоры.
Наименьшая амплитуда соответствует искомому положению уравнове-
шивающего груза, затем подбором величины груза доводят амплитуду
вибрации до возможного минимума.
ОПОРЫ для изложниц
Обычно изложница опирается на две роликоопоры. Каждая ролико-
опора состоит из двух нижних роликов и верхнего нажимного. В трубо-
литейных машинах, имеющих длинные изложницы (5—6 м), иногда
ставят третью пружинящую роликоопору.
В тех случаях, когда изложницу приводят во вращение роликами,
на которые она опирается, важно предотвратить буксование между ве-
дущим роликом и бандажом изложницы при быстром разгоне. С этой
целью увеличивают силу прижима Р изложницы к опорному ролику.
Для этого необходимо соответственно выбирать величину угла а
(рис. 68); с увеличением а возрастает Р:
р=—0—.
cos а
Обычно угол а принимается равным 45—55°. Другим способом уве-
личения Р является увеличение нажима на изложницу верхним роликом.
ПРИВОД 93
Два приводных ролика обычно приводятся во вращение общим при-
водным валом. Практически невозможно устранить скольжение между
приводными роликами и изложницей. Это ясно из следующего примера:
если принять, что приводные ролики имеют одинаковый диаметр, а по-
яски катания изложницы имеют разницу в диаметре 0,05 мм, то на каж-
дом обороте изложницы скольжение будет л-0,05 = 0,15 мм и при ско-
рости вращения 300 об/мин скольжение составит 45 мм/мин.
Скольжение вызывает износ поверхности контакта ролика и излож-
ницы и способствует вибрации. На свободных роликах изложница вра-
щается без скольжения, например в труболитейных машинах все опор-
Рис. 68. Схема нагрузки
на опорные ролики
Рис. 69. Опорный ролик с упругим креп-
лением обода
ные ролики выполнены свободными, а вращение изложницы осуществ-
ляется ременной передачей.
Другим возможным способом устранения скольжения является
применение раздельного привода для каждого ролика. По сообщению
Т. Такенака установка опорных роликов с упругим креплением обода
позволила уменьшить вибрацию изложницы и шум при работе центро-
бежной машины и устранить некоторые дефекты отливок [122]. Конст-
рукция такого ролика приведена на рис. 69. В обод 4 жестко посажены
пальцы 3, которые через втулки 2 соединяются со ступицей 1.
Верхние прижимные ролики обеспечивают постоянный контакт меж-
ду изложницей и нижними роликами и снижают вибрацию неуравнове-
шенной изложницы. При хорошо уравновешенной изложнице машина
может работать и без верхних нажимных роликов.
В тех случаях, когда на центробежную машину ставят под заливку
последовательно сменяемые изложницы (см. главу VIII), их можно за-
жимать с торцов в патронах передней и задней бабки. Каждый патрон
монтируют на шпинделе с подшипниковыми опорами. Один из патронов
имеет продольное перемещение для зажима или освобождения очеред-
ной изложницы.
ПРИВОД
Число оборотов центробежных машин назначают в соответствии с
требованиями технологии литья. В машинах универсального типа, пред-
назначенных для литья изделий различного диаметра, необходимо пре-
дусматривать возможность перехода на различные скорости вращения.
Изменение скорости вращения иногда требуется в процессе заливки.
Отсюда возникает необходимость применения специальных приводов
для изменения скоростей.
94 ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН
Диапазон, в котором должна изменяться скорость вращения центро-
бежной машины, обычно невелик. При диапазоне регулирования 2—3 и
сохранении постоянным гравитационного коэффициента на внутренней
поверхности можно получать изделия, внутренний диаметр которых из-
меняется в 4—9 раз.
Ниже перечислены регулируемые передачи:
1. Передачи со ступенчатым изменением скорости:
а) ременная со ступенчатым шкивом; б) многоскоростные электро-
двигатели; в) от двух электродвигателей.
2. Передачи с бесступенчатым изменением скорости:
а) электропривод постоянного тока; б) асинхронные электромаг-
нитные муфты скольжения; в) с гибкой связью; г) фрикционные; д) гид-
родвигатели; е) воздушные турбины.
Бесступенчатое изменение скорости позволяет точнее настраивать
центробежную машину, что особенно
необходимо для подбора режима вра-
щения при освоении новых технологи-
ческих процессов. Из механических
бесступенчатых передач значительное
распространение, несмотря на недо-
статки, получили передачи с гибкой
связью.
Шкивы ременной передачи состоят
из двух половин, могущих переме-
щаться по валу. При сближении по-
ловин шкива ремень переходит на
больший диаметр. Этим и осуществляется регулирование скорости.
Диапазон регулирования 2; наибольшая мощность 2,5 кет.
Более совершенной бесступенчатой передачей является фрикционная
передача (рис. 70).
О
Рис. 70. Схема фрикционной передачи
Передача состоит из двух дисков 1 и 2, с которыми соприкасаются
ролики 3, 4. Ролики могут поворачиваться вокруг центров О. Последние
являются одновременно центрами кривизны дуг, образующих рабочие
поверхности дисков 1 и 2. При повороте роликов изменяется передаточ-
ное отношение. Усилие прижатия дисков к роликам автоматически
изменяется пропорционально величине передаваемого крутящего момен-
та, что достигается с помощью муфт 5 и 6.
Коэффициент полезного действия фрикционных передач с текстоли-
товыми роликами 0,9—0,93, диапазон регулирования скорости 2—2,5.
Наибольшая мощность изготовляемых фрикционных передач 25 кет.
Электропривод постоянного тока обеспечивает диапазон регулиро-
вания скорости 3—4.
Электромагнитная муфта скольжения (рис. 71) состоит из наружного
ведущего ротора и внутреннего ведомого. Диапазон регулирования муф-
ты 1—V4 от числа оборотов приводного электродвигателя, наибольшая
мощность освоенных промышленностью электромагнитных муфт сколь-
жения 2,8 и 4,5 кет.
Для измерения скорости вращения центробежных машин удобно
применять электрические тахометры. Электрические тахометры состоят
из генератора (таходинамо), который механически связан с вращающи-
мися частями машины, и вольтметра для измерения вырабатываемого
генератором напряжения, пропорционального скорости вращения.
ПРИВОД 95
Для привода центробежных машин следует применять закрытые
электродвигатели, поскольку их устанавливают в пыльных помещениях
литейных цехов.
Расчет мощности привода центробежных машин производят следую-
щим образом:
1. Определяют момент инерции вращающихся частей, приведенный
к валу электродвигателя. Для центробежной машины, имеющей четыре
Рис. 71. Электромагнитная муфта скольжения:
1 — ведущий ротор; 2 — ведомый ротор; 3 — электродвигатель; 4 — обмотка ведомого
ротора
опорных и два нажимных ролика, изложницу и ременную передачу, при-
веденный момент инерции
Jведам. с г г
f _ Г , / , шкива , ™рошк в Ju3.t
J пр —: » ротора "г J шкива п " I ; I----------- »
зл.дв эл.дв ij i-
где i\ и i2 — передаточные отношения от роликов и изложницы к элек-
тродвигателю;
d] — диаметр ведомого шкива на валу приводных роликов;
d2 — диаметр ведущего шкива на валу электродвигателя;
tZ3 — диаметр изложницы по ободу катания;
d4 — диаметр опорных и нажимных роликов.
2. Задаваясь временем разгона, находят угловое ускорение вала
электродвигателя to', считая его постоянным в период разгона. Обычно
время разгона при использовании асинхронных короткозамкнутых
электродвигателей принимают 2—3 сек для небольших изложниц и 5—
10 сек для средних.
3. Определяют статический момент AfCT, необходимый для преодоле-
ния сопротивлений при пуске и установившемся вращении. Пусковой
96 ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН
момент электродвигателя должен превышать AfCT, так как иначе запуск
машины невозможен.
4. Рассчитывают мощность электродвигателя по формуле
N = + = (Mcr + Jnp«>')«> ,
1] 11
где Jnp — момент инерции вращающихся частей, приведенный к валу
эл ектрод вигател я;
со — угловая скорость вращения электродвигателя;
т] — к. п. д. передачи.
Таким образом определяют мощность привода машины при разгоне
вхолостую. В случаях, когда масса отливки приближается к массе из-
ложницы, определяют потребную мощность в период заливки, чтобы
избежать снижения скорости вращения вследствие торможения излож-
ницы заливаемым металлом. Приближенно N3aji рассчитывают по фор-
муле
Nзал — (М[стат 4* «Аотл---»
11 \ Ъал J
где М{стат — статический момент с учетом массы отливки, приведенный
к валу электродвигателя;
/отл —момент инерции отливки, приведенный к валу электродви-
гателя;
Тзал — продолжительность заливки.
Отметим, что вращение металла можно осуществить не только вра-
щением формы, но и воздействием на металл электромагнитных сил.
Наиболее простой метод вращения металла электромагнитными сила-
ми— это применение вращающегося магнитного поля. Если поместить
цилиндрическую форму с жидким металлом внутрь статора многофаз-
ного электродвигателя, то вращающееся магнитное поле статора индук-
тирует в металле токи, при взаимодействии которых с магнитным полем
возникают касательные и радиальные силы [42].
Особенностью воздействия магнитного поля является то, что оно
индуктирует токи не только в жидком металле, но и в затвердевшем
слое и в металлических частях формы, вызывая в них разогрев, а также
появление вращающих моментов, что затрудняет практическое осущест-
вление литья данным методом.
ЗАЛИВОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
Многие заливочные устройства для горизонтальных машин пред-
ставляют собой открытые желоба с прямым или боковым сливом. Пря-
мой слив имеет следующие недостатки:
1. Место падения струи зависит от скорости заливки, наклона жело-
ба, вязкости металла.
2. Высота падения струи больше, чем при боковом сливе.
3. Встреча струи с формой происходит почти по нормали, что вызы-
вает брызги.
4. Металл, попав в форму, продолжает по инерции продольное дви-
жение.
Эти недостатки устраняются при боковом сливе.
При конструировании желобов важно устранить большую высоту
падения металла, а также неровности и бугры, вызывающие всплески
ОХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА 97
и неспокойное течение металла. Застывший на желобе металл должен
легко удаляться. Заливочное устройство в виде чаши с отверстием в пе-
редней съемной стенке лучше удерживает шлак.
При сплошном заполнении изложницы на горизонтальной машине
следует заливочное устройство выполнять в виде чаши с трубчатым
носиком, примыкающим вплотную к
крышке изложницы (рис. 72). В этом
устройстве между заливочным носи-
ком и крышкой остается незначитель-
ный зазор, в который не проникает
жидкий металл. При остывании часть
металла затвердевает, будучи связан-
ной с вращающейся изложницей, в то
время как другая связана с непод-
вижным заливочным устройством. Пе-
ремычка между этими частями обра-
зоваться не может, так как кристалли-
Рис. 72. Схема заливочного устройст-
ва при сплошном заполнении излож-
ницы
ки, оказавшиеся на границе вращаю-
щейся и неподвижной частей, обламываются. Обычно стык вращающе-
гося и неподвижного металла имеет вид выступа конической формы.
ОХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Водяное охлаждение изложниц осуществляется двумя способами:
1) погружением изложницы в ванну с водой;
2) обрызгиванием изложницы водой из специальных труб, форсунок
и т. п.
При литье в песчано-глинистые формы искусственное охлаждение
не применяют.
Первый способ используют в труболитейных машинах с металличес-
кими изложницами, работающими без теплоизолирующего покрытия;
второй способ — при литье в металлические изложницы с тонким покры-
тием. Охлаждение изложниц в водяной ванне отличается наибольшей
интенсивностью. Кроме того, оно происходит равномерно во время вра-
щения изложницы и при ее остановке.
Благодаря этому можно охлаждать изложницу при заливке металла
и удалении отливки.
Конструктивно устройство ванны сложнее, чем устройства для об-
рызгивания, так как корпус ванны должен быть хорошо уплотнен в мес-
тах сопряжения с вращающейся изложницей. Кроме того, в воде нахо-
дятся роликоопоры изложницы, подшипники которых также должны
быть защищены от попадания воды.
Интенсивность охлаждения изложницы в ванне можно регулировать
изменением температуры и количества подаваемой воды. Однако преде-
лы такого регулирования невелики, так как температура воды на выходе
не должна превышать 90°С (из-за образования паровой рубашки), а
уменьшение перепада температур на входе и выходе значительно увели-
чивает расход воды.
Равномерность охлаждения при обрызгивании вращающейся излож-
ницы вполне достаточная, но при неподвижной изложнице достигнуть
равномерного охлаждения сложнее, и часто перед остановкой изложни-
цы охлаждение выключают.
98 ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН
Конструктивно устройства для обрызгивания выполняют обычно в
виде одной или нескольких труб с мелкими отверстиями, расположен-
ных параллельно изложнице. При этом способе охлаждения обычно вы-
деляется много пара, который необходимо отсасывать.
НАПРЯЖЕНИЯ В ИЗЛОЖНИЦАХ И ИХ СТОЙКОСТЬ
В стенке изложницы возникают напряжения от центробежных сил,
давления залитого в форму металла и от неравномерного нагрева из-
ложницы. Наибольшие напряжения в изложницах появляются от нерав-
Радиус изложницы
Рис. 73. Распределение температур в
стенке изложницы после заливки ме-
номерного нагрева. От них зави-
сит их долговечность. Наиболь-
шие термические напряжения
возникают при непосредственном
соприкосновении металла со
стенкой изложницы, охлаждае-
мой снаружи. Если изложница
покрыта хотя бы тонким слоем
теплоизолирующего материала,
то напряжения резко снижаются.
Рис. 74. Деформация наружной по-
верхностн изложницы
талла
Общая картина воздействия залитого металла на изложницу следу-
ющая. Внутренняя поверхность изложницы при заливке металла мгно-
венно нагревается до высокой температуры. Она стремится расширить-
ся, однако этому препятствуют слои, не успевшие прогреться и к тому
же охлаждаемые водой. В результате этого на внутренней поверхности
возникают сжимающие напряжения, а на наружной — растягивающие.
Сжимающие напряжения настолько велики, что они превосходят пре-
дел упругости и вызывают на внутренней поверхности пластические
деформации. Этому способствует сильное снижение предела упругости
материала под действием высокого нагрева. Образовавшаяся пластиче-
ская деформация необратима. При удалении отливки и охлаждении
изложницы в этом деформированном внутреннем слое возникают растя-
гивающие напряжения, а в наружных слоях — сжимающие напряжения.
Эти знакопеременные напряжения приводят в конечном итоге к явлени-
ям усталости металла изложницы, т. е. к образованию сетки трещин,
которую часто называют сеткой разгара. Экспериментальные исследо-
вания позволили изучить влияние ряда факторов на долговечность из-
ложниц, изготовленных из легированной стали, при литье в них чугунных
труб [120].
НАПРЯЖЕНИЯ В ИЗЛОЖНИЦАХ И ИХ СТОЙКОСТЬ---------------------------------------- 99
Для определения напряжений, действующих в теле изложницы, не-
обходимы следующие данные: а) распределение температуры в стенке
изложницы; б) деформации наружной поверхности изложницы; в) диа-
граммы растяжения ма-
териала изложницы при
различных температурах.
Распределение темпе-
ратур в стенке изложни-
цы в разные моменты вре-
мени от начала заливки
металла приведено на
рис. 73. Наибольшая тем-
пература на внутренней
поверхности через корот-
кое время после заливки
достигает ~ 635° С. Пе-
репад температур между
внутренней и наружной
поверхностями в после-
дующем довольно быстро
уменьшается.
Диаграмма изменения
температур при периоди-
ческой заливке металла в
изложницу приведена на
рис. 23.
Деформацию наруж-
ной поверхности вращаю-
щейся изложницы при за-
ливке металла определя-
ли с помощью проволоч-
ных датчиков (рис. 74).
С учетом кривой «на-
пряжение — деформа-
ция» стали, из которой
изготовлена изложница, и
диаграмм (рис. 73 и 74)
было найдено распреде-
ление напряжений в стен-
ке изложницы от начала
заливки (рис. 75).
На основе диаграммы
напряжений можно сде-
Рнс. 75. Распределение напряжений в стенке изложни-
цы в различные моменты после заливки
лать следующие заключения: а) наибольшим и притом знакоперемен-
ным напряжениям подвержен внутренний слой изложницы; б) наиболь-
ших значений достигают растягивающие напряжения на внутреннем
слое; в) по мере охлаждения изложницы растягивающие напряжения
возрастают и достигают максимума при остывании изложницы до ком-
натной температуры (кривая /).
Повторные нагревы изменяют свойства металла изложницы
(рис. 76).
Предел прочности при растяжении с увеличением числа нагревов
снижается, а ударная вязкость увеличивается. Наилучшие механические-
100------------------------------------ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН
Число нагре&од Число нагревов
Рис. 76. Изменение механических свойств изложниц при повторных
нагревах:
Состав стаял, кривая / — 0.21% С. 0.29% Si; 0.37% Мп; 0,008% Р; 0.01% S.
2,47V. Сг; 1.07% Мо; 0.1% V: кривая 2-0,2% С; 0.29% SI; 0,37% Мп- 0,008% Р;
0,008% S; 2,42% Сг; 0.4W. Мо; 0,1% V
свойства при повторных нагревах имели стали с повышенным содержа-
нием молибдена. Большое влияние на стойкость изложницы оказывает
ударная вязкость (рис 77). Меры
Рис. 77. Влияние ударной вязкости на
стойкость изложницы
повышения долговечности излож-
ниц описаны в главе VIII.
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ РАБОТЕ
НА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИНАХ
Несчастные случаи при работе
на центробежных машинах проис-
ходят редко, и причина их во всех
случаях — это пренебрежение эле-
ментарными правилами техники бе-
зопасности.
Необходимо все же подчеркнуть,
что сочетание быстрого вращеиия
изложницы с заливкой в нее жид-
кого металла требует от обслужи-
вающего персонала внимательного
отношения к вопросам техники бе-
зопасности.
Это внимание должно быть проявлено, начиная с разработки конст-
рукции центробежной машины и технологического процесса литья. Эле-
ментарное требование безопасности обязывает, чтобы все быстровраща-
ющиеся части машины имели достаточную прочность при обычной
температуре и при соприкосновении с горячим металлом, чтобы нх кре-
пление было надежным, исключающим возможность самопроизвольного
раскрепления каких-либо деталей. Для защиты от деталей, могущих
вылететь при быстром вращении, служат ограждения. Возможность
случайного прикосновения рабочего к быстровращающимся и сильно
нагретым частям машины должна быть исключена.
Наибольшее внимание необходимо обращать иа узел крышки излож-
ницы, поскольку крышка удерживает жидкий металл, залитый в излож-
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ НА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИНАХ 101
ницу. Помимо того, что крышка и ее крепление должны быть прочными,
способными противостоять давлению жидкого металла (соответствую-
щие расчеты приведены в главе II), надо учитывать, что крышка сни-
мается каждый раз, когда нужно извлечь отливку, и часто повторяемая
операция иногда выполняется не вполне аккуратно. Слабое закрепление
крышки может быть причиной выпадения крышки во время вращения
и расплескивания металла.
Конструкция крепления крышки должна быть простой, надежной и
удобной для рабочего. Некоторые из этих конструкций приведены в гла-
вах VI н VII при описании конструкции центробежных машин.
В зоне расположения крышки необходимо предусматривать ограж-
дения, предохраняющие от возможных случаев вытекания металла, в
Рис. 78. Конструкции ограждения:
а и б — соответственно с затрудненным и облегченным удалением настыли
том числе н от крайне редкого случая, когда выскакивает крышка из-
ложницы.
При нормальной эксплуатации центробежной машины возможны
следующие случаи перелива металла: 1) при неточном дозировании или
прн дозировании металла «до первых брызг» (см. главу IV) и 2) когда
машина с горизонтальной осью вращения останавливается прн аварии
в электросети (питание центробежных машин необходимо производить
от наиболее надежных электролиний).
Для улавливания разлетающихся брызг металла ограждение долж-
но полностью охватывать зону крышки. Летящие брызги металла могут,
ударяясь в ограждение, менять направление, поэтому необходимо на-
дежно ограждать зону крышки также н с торцов.
Чтобы металл не прожигал ограждения н ие приваривался к нему,
а также чтобы оно не коробилось от иагрева, его следует делать массив-
ным, применять плохо сваривающиеся материалы (например, чугуи) или
окрашивать изнутри теплоизолирующим составом.
Конструкция ограждения должна предусматривать легкое удаление
образующейся от брызг металла настыли (рис. 78, б).
Ограждение в той части, которая должна открываться при извлече-
нии отливки и других работах, должно открываться или закрываться
легко, быстро и надежно н не мешать нормальному темпу работы. Нель-
зя допускать какого-либо задевания вращающимися изложницами не-
подвижных деталей, ограждения и т. п.
При аварийной остановке машины нз-за перерыва в электропитании
масса выливающегося металла зависит от размеров отливки и может
быть значительной. Чтобы избежать попадания жидкого металла в важ-
ные части машины, а особенно между вращающимися частями, где
102 ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН
возможно заклинивание, необходимо в ограждении предусматривать
слнв металла в безопасное место, т. е. выполнять ограждение в виде
улитки (рис. 79).
Для безопасной работы на центробежных машинах должна быть
разработана инструкция по технике безопасности. Некоторые типовые
положения инструкции приводятся ниже. Для конкретных условий про-
изводства эти типовые положения должны дополняться и уточняться.
, 1. Работу иа машине необходимо осуществлять
S'при соблюдении всех правил техники безопасности.
f \ 2- Машину должны обслуживать рабочий-ма-
I ([ 1 А \ шииист, формовщики и заливщики.
Т ТГ ГТ 3. Обслуживающий персонал должен отвечать
\ ' х_,_х J за следующее:
\ У а) состояние сохранности машины н ее осиаст-
| кн; б) своевременное извещение мастера о всех ие-
поладках в машине; в) порядок и чистоту на уча-
стке центробежной машины; г) правильность ус-
Рнс. 79. Схема ограж- таиовки и крепления формы на столе; д) правиль-
дения в виде улитки иость подготовки машины н выполнения техноло-
гии отливки.
4. Персонал, обслуживающий машину, в том числе и сборщик форм,
должен быть подробно проинструктирован и ознакомлен иа практике со
всеми приемами, порядком работы на машине и правилами техники бе-
зопасности.
5. Перед началом рабочий, обслуживающий машину, должен осмот-
реть ее и опробовать иа холостом ходу; о замеченных недостатках рабо-
чий должен немедленно доложить мастеру, не приступая к работе до
полного нх устранения.
6. На участке центробежного лнтья во время работы иа машине не
должны находиться посторонние лица.
7. Обслуживающий машину персонал должен быть снабжен защит-
ными очками, рукавицами и соответствующей спецодеждой.
8. Участок центробежного литья должен быть хорошо освещен.
9. Прн работе машины ие следует открывать ограждений.
10. При работе машины обслуживающий персонал не должен обло-
качиваться или прикасаться к ограждениям машины.
11. Машинист во время работы машины должен находиться у пуль-
та управления и следить за машиной.
12. В случае обнаружения каких-либо ненормальностей в работе
машины заливка должна быть немедленно прервана. Кнопки «Стоп»
следует располагать в удобных, легкодоступных местах.
ГЛАВА VI
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЧУГУННЫХ ВТУЛОК
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Чугунные втулки небольших и средних размеров простейшей формы
(гладкие и с одним буртом) имеют различное иазиаченне. Из иих
изготовляют цилиндры для двигателей внутреннего сгорания, компрес-
соров, поршневые кольца и различные детали для узлов трения в
машинах.
Цилиндры двигателей внутреннего сгорания работают в тяжелых
условиях. Внутренняя поверхность цилиндров работает при высоком
нагреве и давлении, возникающем при сгорании топлива, и коррозион-
ном воздействии продуктов сгорания. Значительные напряжения в ци-
линдрах возникают из-за большой разности температур м-ежду внутрен-
ней поверхностью, где происходит сгорание, и наружной, которая в ряде
случаев охлаждается водой.
Внутренняя поверхность цилиндров компрессоров также работает
в условиях трения при высоких нагрузках от давления сжимаемого
воздуха и других газов. Цилиндры подвержены воздействию местного
шагрева со стороны нагнетания (порядка ~ 150° С) и агрессивных сред
(газы Н2, СН4).
Цилиндры должны обладать высокими механическими свойствами,
герметичностью, износостойкостью, а также коррозионной и тепловой
стойкостью.
В аналогичных условиях работают и поршневые кольца, с той разни-
цей, что рабочая поверхность у ннх наружная. Помимо перечисленных
•свойств, поршневые кольца должны обладать определенной упругостью.
Цилиндры и поршневые кольца изготовляют нз серого чугуна
(СЧ 21-40, СЧ 28-48, СЧ 32-52), легированного чугуна, а в последнее
время, в небольших масштабах, н из высокопрочного чугуна.
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ
Изготовление из чугуна этих, казалось бы, простых деталей в
песчано-глинистых формах представляет сложную задачу. Брак по этим
деталям, как правило, очень высок.
Применение центробежного литья для получения втулок также
вызывает трудности. При литье в металлическую изложницу главным
затруднением является отбеливание отливок с поверхности. Отжиг
•отливок, снижая твердость, способствует образованию ферритной струк-
туры, которая для деталей, работающих на трение, недопустима вслед-
104______________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЧУГУННЫХ ВТУЛОК
ствие ее малой износостойкости. Стойкость металлической изложницы
при этом методе литья очень низка, так как она подвергается частым
тепловым ударам и быстро выходит из строя. Для увеличения стойкости
изложницы ее внутреннюю поверхность покрывают теплоизолирующим
составом. В качестве теплоизолирующего покрытия используют мелкий
кварцевый песок (см. главу IV), смесь песка с пульвербакелитом и т. п.
Слой теплоизолирующего материала замедляет теплопередачу от
залитого металла к изложнице, вследствие чего в отливке образуется
перлитная структура. Кроме удовлетворительной структуры металла,
замедленное охлаждение предупреждает образование спаев иа поверх-
ности отливки.
Практика литья втулок небольших размеров (диаметром до 150—
200 мм) показала, что металлические изложницы из серого чугуна
(СЧ 18-36 и СЧ 24-44) при использовании теплоизоляционного покрытия
выдерживают с переточкой до 10 000 отливок.
Теплоизолирующее покрытие не исключает водяного охлаждения
металлической изложницы. Отсутствие водяного охлаждения изложницы
вызывает следующее:
1) уменьшение производительности машин из-за замедленного
остывания отливки;
2) ухудшение структуры металла отливки (крупнозернистая струк-
тура, пониженная твердость);
3) понижение стойкости металлической изложницы из-за сильного
нагрева;
4) неудобство и увеличение опасности для рабочих при обращении
с сильно нагретыми частями машины;
5) уменьшение срока службы центробежной машины из-за сильного
нагрева подшипников качения и других деталей.
Металлическая изложница охлаждается водой обрызгиванием из
специальных трубок. Эта система охлаждения конструктивно проще
других (например системы водяной ванны) и обеспечивает равномерное
и интенсивное охлаждение изложницы, находящейся во вращении.
На торцовых поверхностях изложницы отливка непосредственно
соприкасается с изложницей и крышкой, в результате получается отбел
глубиной 4—7 мм. Поэтому при обработке отливки необходимо прежде
всего отрезать эти отбеленные торцы, после чего уже вести обработку
наружной и внутренней поверхностей. Отбел в торцах отливки может
быть предупрежден футеровкой торцов формы или установкой стержней.
Втулки небольшого размера (диаметром до 300 мм) изготовляют на
горизонтальных машинах консольного типа, а крупные втулки — иа
роликовых машинах.
На рис. 80 приведена центробежная машина для лнтья втулок (кон-
струкция ЦНИИТМАШа). Толщину стенок изложницы для этой машины
выбирают в зависимости от диаметра отливки.
Диаметр отливки в мм До 100 100—200 200—300 300
Толщина стенки из-
ложницы в мм . . . 30—35 35—40 40 —45 45—50
При малых диаметрах внутренняя поверхность изложницы имеет
небольшую конусность для облегчения извлечения отливок.
Ступенчатые шкивы клипоременной передачи позволяют сообщить
изложнице скорости вращения 625; 1000 и 1610 об!мин. Для быстрой
остановки служит колодочный тормоз с педальным управлением. Из-
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 80. Центробежная машина для литья втулок (ЦНИИТМАШ):
/ — станина; 2 — пневмоцилиндр; 3 — шток; 4 — толкатель; 5 — клииоремсниая передача; 6 ~ полый шпиндель; 7 электродвига-
тель; 3 — тормоз; 9 — планшайба; 10 — плита толкателя; // — изложница; /2 — телескопическое ограждение; 13 — крышка излож-
ницы; 14 — дверь ограждения; /5 — желоб; /6 — рычаг для поворота желоба । 17 — трубка водяного охлаждения; 18 — рычаг для по-
порота ?оцк^
J 06 ЦЕН1РОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЧУГУННЫХ ВТУЛОК
ложиица охлаждается обрызгиванием водой из трех трубок с отвер-
стиями диаметром 0,3—0,5 мм.
Ограждение представляет собой коробку телескопической конструк-
ции из листового железа с передней дверцей.
Пар, образующийся при охлаждении изложницы, отводится через
патрубок, расположенный на задней стенке ограждения. Патрубок при-
соединяется к цеховой вентиляционной системе или к вентилятору
низкого давления. Охлаждающая вода стекает в корытообразное углуб-
ление в станине и затем через трубу в сток канализации.
Станина машины может быть сварной или литой. Внутренняя полость
станины имеет перегородку, которая изолирует электродвигатель от
попадания воды из охлаждающего устройства.
Устройство для иаиесеиия на внутреннюю поверхность изложницы
теплоизолирующего материала представляет собой поворотный рычаг
с направляющим отверстием для совка специальной конструкции. При
установке рычага в рабочее положение направляющее отверстие
становится соосио с изложницей. В него вставляют совок, наполненный
сыпучим теплоизолирующим материалом. Затем совок опрокидывают
и наносят покрытие иа изложницу. Осевое перемещение совка ограни-
чено, он не доходит на 2—3 мм до заднего торца изложницы.
Желоб установлен иа поворотном рычаге, имеющем шарнирное
соединение со станиной. На конце рычага имеется штырь, а в желобе
прилив с отверстием, в которое при установке желоба входит штырь.
Такая конструкция позволяет легко сменять желоб.
В старых конструкциях этих машин желоб устанавливали на
дверце ограждения, в результате при закрытой дверце ограждения
охлаждающая вода могла попадать на желоб, а с него в полость
отливки.
Для механизации удаления отливок применяют толкатель, состоящий
из штока с тарелкой. Шток проходит через полый шпиндель машины.
Шток пневмоцнлиндра ударяет по штоку толкателя, чтобы стронуть
отливку. Дальнейшее извлечение отливкн производится клещами.
Прн лнтье чугунных втулок важно, чтобы стык тарелки толкателя
с изложницей был закрыт слоем футеровки, так как в противном случае
в зазор стыка затекает чугун и образует отбеленные заливы, которые
охватывают тарелку толкателя и выводят толкатель из строя.
При литье цилиндровых втулок небольшого размера металлическую
изложницу обычно покрывают сыпучим теплоизолирующим материалом.
При литье крупных цилиндровых втулок и маслот для поршневых колец
изложницу либо покрывают слоем термореактивной смеси, либо футе-
руют стержневой смесью с последующей сушкой и окраской.
Ниже описана технология центробежного литья втулок небольшого
размера.
Число оборотов изложницы выбирают заранее в соответствии с внут-
ренним диаметром отливки £)вк. Число оборотов п для отливок из серого
чугуна можно выбирать по табл. 12.
Припуски иа обработку отливок устанавливают по наружной поверх-
ности 3—5 мм, а по внутренней 6—10 мм. Для отливок большого
диаметра припуск по внутренней поверхности увеличивают до 12—
15 мм.
Подготовка изложницы. Перед заливкой изложницу очищают воз-
душной струей или щеткой от остатков теплоизолирующего покрытия.
Затем ее закрывают крышкой, которую тщательно закрепляют.
особенности технологии
Засыпка теплоизолирующего ма-
териала. После закрепления крыш
ки включают электродвигатель и за-
сыпают мерным совком (желоб-
ком) теплоизолирующий материал.
Для того чтобы совок ие задел зад-
нюю торцовую стейку изложницы,
на ней имеется метка, которая при
вдвинутом совке совпадает с торцо-
вой плоскостью крышки. При руч-
ной засыпке необходимы осторож-
107'
Таблица 12
К выбору скорости вращения
НЗЛОЖНКЦЫ
п в об/лшн DefJ в мм ^вн.пов
625 150-300 32—65
1000 70—150 35—75
1600 35—70 45—89
ность и внимание, чтобы не задеть быстровращающихся частей. В со-
временных конструкциях машин предусмотрен поворотный кронштейн,
имеющий направляющее отверстие для совка.
Когда засыпка окончена, совок удаляют, а кронштейн откидывают в
нерабочее положение.
Толщина теплоизолирующего слоя берется в зависимости от толщины
стенки втулки:
Толщина стенки втулки
в мм.................Цо 10 10—15 15—20 Свыше 20
Толщина теплоизолирую-
щего слоя в мм . 1,5 2,5 4,0 5
Теплоизолирующий материал должен быть хорошо просушен и
просеян через мелкое сито.
С целью предохранения отливок от пригара песка иа теплоизолирую-
щий слой следует насыпать мелкий прокаленный материал (от 0,5 до
1,5 мм), например пылевидный кварц, циркон, рутил и др.
Заливка. Перед заливкой желоб нагревают, окрашивают и вводят
в изложницу.
В том случае, когда желоб опирается на поворотный кронштейн, его
перед заливкой закрепляют так, чтобы сливиая кромка желоба выда-
валась внутрь изложницы иа несколько миллиметров дальше торца
крышки. Желоб должен быть установлен по возможности ниже, чтобы
уменьшить высоту падения металла.
Дозирование металла производят либо по объему, либо методом
перелива.
Шлак, пропущенный из раздаточного ковша в заливочный, удаляют
деревянной счищалкой. Металл ие должен переливаться через край
желоба. Заливку производят без перерыва струи. Продолжительность
заливки 5—10 сек (для отливок массой до 10 кг).
Чтобы получить стабильное качество отливок, необходимо поддержи-
вать определенный ритм в работе машниы.
Охлаждение и удаление отливок. После заливки немедленно откиды-
вают желоб и включают водяное охлаждение. Вращение изложницы
продолжается до тех пор, пока температура на внутренней поверхности
отливки не снизится до 700—800е С. Пока происходит охлаждение
отливки, желоб очищают ломиком от застывшего металла, после чего
окрашивают графитовой краской и жидким стеклом. Интенсивность
охлаждения изложницы регулируется открытием соответствующего
вентиля. Чтобы ускорить охлаждение после затвердевания, можно
обдувать ее изнутри сжатым воздухом.
108______________________ ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЧУГУННЫХ ВТУЛОК
В некоторых случаях при неблагоприятном соотношении толщины
отливки и величины припуска и соответствующем химическом составе
металла обнаруживаются иногда раковины усадочного происхождения.
В этом случае внутреннюю поверхность отливки следует охлаждать
воздухом через трубку с отверстиями.
Это способствует также, как показали исследования, выравниванию
структуры и твердости отливки по ее сечению. После того, как отливка
остыла, выключают охлаждение и останавливают машину. Затем осво-
бождают крышку и снимают ее ломиком; отлнвку удаляют разжимными
клещами или толкателем. Так как крышка не подвергается охлаждению
в даашиие, ее приходится охлаждать отдельно. Для этого ее опускают
в бачок с водой. Изложницу продувают сжатым воздухом и все опера-
ции повторяют вновь.
При работе с футерованными крышками (для предупреждения
отбела с переднего торца отливки) число сменных крышек увеличивают
с тем, чтобы можно было без перебоя в работе успеть охладить крышку
в воде и нанести футеровку.
Продолжительность рабочего цикла зависит от массы и размеров от-
ливки. Поэтому приведем в качестве примера рабочий цикл литья
ремонтных гильз автомобильного двигателя массой 5—6 кг.
1. Продувка изложницы, установка крышки, пуск машины и засыпка
теплоизолирующего материала 25—35 сек.
2. Продолжительность заливки металла 5—7 сек.
3. Охлаждение отливки 60—115 сек.
4. Удаление отливки из изложницы 25—35 сек.
Таким образом, средний полный цикл продолжается около 3 минт
т. е. производительность составляет 20 отливок в час.
Виды брака при литье чугунных втулок приведены в табл. 13.
Организация участка центробежного литья обечаек, маслот или
гильз цилиндра автомобильного двигателя зависит от числа типоразме-
ров отливок, объема производства и от условий питания участка метал-
лом. Различают две основные формы организации.
1. Установка иа участке одной или двух-трех машин. Такая органи-
зация отвечает условиям небольшого объема производства одного или
многих типоразмеров отливки.
В зависимости от условий разливки в цехе металл может подаваться
к машинам мерными ковшами или через промежуточные ковши.
2. Установка группы машин. Этот вариант организации отвечает
условиям серийного производства одного или нескольких типоразмеров
отливок. Подача металла может быть такая же, как и в первом случае.
Одиако, если вся группа машин производит отливки одного типоразме-
ра, то более рационально выделить заливку в самостоятельную опера-
цию, прикрепив к ней специальных рабочих, переходящих от машины
к машине. Такое разделение труда увеличивает производительность
и облегчает дозирование металла.
Цилиндровые втулки из серого чугуна. При правильном выборе со-
става чугуна и прн соблюдении и технологии излом отливки (кроме кон-
цов) должен быть без следов отбела, серым и мелкокристаллическим
со стороны наружной поверхности н более крупным к внутренней по-
верхности. На концах отливки (если ие применяются торцовые стержни
или футеровка крышки) серый излом постепенно переходит в белый.
Состав и механические свойства чугуна ремонтных цилиндров для
автомобильных двигателей приведены в табл. 14.
ОСОБЕННОСТИ технологии 109
Таблица 13
Брак в литых чугунных втулках
Вцд брака Причины
Вмятины и неровности на наружной поверхности Неравномерное заполнение песком опро- кидного желоба, слишком быстрая засыпка песка, задевание желобом слоя песка
Посторонние включения на наружной поверхности Желоб пе очищен полностью от настыля и брызг металла
Спаи Заливка холодным металлом, перерыв струи, недостаточная скорость заливки
Неправильный размер внутреннего от- верстия Неточное дозирование металла
Бугры на внутренней поверхности Преждевременная остановка изложницы
Шлаковые включения на внутренней поверхности Зеркало металла в ковше не очищено от шлака
Скопление теплоизоляционного мате- риала у заднего торца отливки Недостаточная скорость вращения, быст- рая заливка горячим металлом
Вмятины на внутренней поверхности Удаление клещами при чрезмерно высо- кой температуре
Местные отбеленные участки Недостаточное число оборотов, непра- вильное нанесение покрытия
Кольцевые полосы в поперечном сече- нии Недостаточная толщина покрытия, низ- кая температура заливаемого металла
Таблица 14
Состав и свойства чугуна автомобильных цилиндров
Состав в % Твердость по Брине лю Предел проч- ности при растяжении в кгс/мм*
С Si Мп S р Сг
3,42 2.24 0,70 0,07 0.5 0,05 217—222 21,2
3,64 2,38 0,90 0,10 0,53 0,08 212—235 21,0
3,44 2,30 0,86 0.13 0,53 0.18 217—241 22,1
3,45 2,39 0.89 0.14 0.47 0.15 228—241 20.7
Микроструктура отливок: графит мелко- и средиепластинчатый, а
основная металлическая масса представляет собой мелкопластиичатый
перлит.
Цилиндровые втулки (гильзы) и маслоты из чугуна, легированного
Ni (1,2—1,6%) и Сг (0,3—0,6%). Равномерная твердость (НВ 207—255)
по всей отливке была достигнута соответствующим подбором толщины
ПО ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЧУГУННЫХ ВТУЛОК
изоляционного покрытая (1,0—1,5 мм). Температура изложницы перед
заливкой металла выдерживалась в пределах 150—250° С. Скорость
вращения изложницы 1000 об!мин, что соответствовало окружной
скорости иа внутренней поверхности изложницы 6,7 м!сек [14].
Внутренняя поверхность отливки через 30—40 сек. после заливки
охлаждалась струей сжатого воздуха, изложница — водой. Отлнвку
удаляли после остывания внутренней поверхности до 800—700° С.
Для снятая внутренних напряжений отливку подвергали низко-
температурному отжигу (650° С) с выдержкой в течение 4 ч п охла-
ждали на воздухе. Затем отливку обрабатывали резанием и перед
шлифованием вновь подвергали термической обработке:
1) нагреву в соляной ваиие до 800° С в течение 10 мин;
2) закалке в масле при 60° С;
3) отжигу при 150° С в течение 2 ч.
Твердость после закалки « отпуска гильзы была HRC 44—50.
В случае получения завышенной твердости температуру отпуска
увеличивали на 50—70°.
Излом литых гильз — матовый, серого цвета с одинаковым по вели-
чине зерном, плотный и однородный.
Микроструктура литой гильзы — пластинчатый графит средней
величины; сорбитообразный перлит + фосфидиая эвтектика. После
закалки структура — троостит.
Маслоты для поршневых колец дизелей. В табл. 15 приведен состав
чугуна дизельных поршневых колец, получаемых центробежным спо-
собом [6].
Таблица 15
Состав чугуна поршневых колец в %
С Si Мп р S Сг Ni
3,0—3,4 3.72 3.41 1,5—1,7 1,45 1.74 0,8—1,2 1.14 1.07 0.4—0.6 0.48 0.38 <0.1 0,03 0.08 0,15-0.3 0.18 0.22 0,2—0.4
Кольца проходят термофнксацию в разведенном состоянии с нагре-
вом до 580—600° С и охлаждением на воздухе или в теплой воде
(30—40° С).
Удовлетворительная структура маслот для поршневых колец сле-
дующая: равиомерио распределенный графит мелко- и среднепластинча-
тый, металлическая основа состоит из мелкопластинчатого или
сорбитообразного перлита и фосфидиой эвтектики. Фосфидная эвтектика
в виде разорванной сетки благоприятно влияет иа свойства колец. При
содержании больше 0,8% Р образуется сплошная сетка фосфидиой
эвтектики, которая недопустима, так как при этом кольца приобретают
хрупкость. При недостаточной толщине теплоизолирующего покрытия
графит получается междеидритный и точечный.
В структуре основной металлической массы имеется феррит и
структурно свободный цементит, резко снижающие износостойкость
поршневых колец.
Маслоты для поршневых колец компрессоров. На Мелитопольском
компрессорном заводе получают маслоты для поршневых колец диа-
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ
Ill
метром от 160 до 450 мм и толщиной стенки 18—25 мм из чугуна
СЧ21-40иСЧ 24-44.
Литье производят в металлические изложницы с теплоизолирующим
покрытием толщиной 4 мм следующего состава в об. %: песок
1К016А—56,3; пылевидный кварц—15; серебристый графит — 17,5;
цульвербакелит—11,2. Засыпка осуществляется при опрокидывании
желобка, покрытого сеткой с ячейками 1—2 мм, в изложницу, нагретую
до 250—330° С
В торцах изложницы устанавливают стержни.
Скорость заливки 2—2,5 кг!сек. Температура металла 1300—1320° С
(по оптическому пирометру без поправки). Припуски на обработку от-
ливки наружной поверхности 3—5 мм и внутренней 5—7 мм.
В структуре рабочей поверхности маслот имеется розеточный гра-
фит, что указывает на некоторое переохлаждение наружного слоя
отливки [9].
Д. М. Крымский исследовал условия, влияющие на образование
розеточного графита (Гр), и рассмотрел вопрос допустимости этой
структуры графита для поршневых колец. Он установил, что ликвация
сульфидов марганца к внутренней поверхности центробежной отливки
сопровождается появлением в наружной обессеренной зоне розеточного
графита. Этим объясняется то, что розеточный графит образуется, хотя
и не систематически, даже при центробежном литье в толстостенные
сухие формы из стержней, т. е. при малой скорости охлаждения.
Мнение о недопустимости розеточного графита в поршневых кольцах
обосновывалось присутствием в центре розеток свободного феррита,
снижающего износостойкость колец.
При легировании чугуна марганцем и хромом феррито-графитная
эвтектика не образуется в центре розеток, что резко повышает стой-
кость металла на истирание.
Это было подтверждено параллельным испытанием в идентичных
условиях на 6 цилиндровых компрессорах готовых поршневых колец из
маслот, полученных центробежным литьем с замедленным охлаждением
(в толстостенных стержнях) и с ускоренным охлаждением (теплоизоли-
рующее покрытие 4 мм).
Первые имели равномерно распределенный пластинчатый графит,
а вторые — розеточный и равномерно распределенный графит.
Результаты испытаний износостойкости колец в течение 3200 ч
приведены в табл. 16.
Таблица 16
Износостойкость колец при испытании в течение 3200 ч
Центробежное литье Распределе- ние графита (по ГОСТу 3443-57) Потеря массы кольца в г Увеличение зазора в замке в мм
в первой ступени сжатия во второй ступени сжатия в первой ступени сжатия во второй ступени сжатия
С теплоизолирую- щим покрытием 4 мм Гр 7 1,8 3,06 0,14 0,4
Гр 2 2,1 2,9 0,16 0,38
В толстостенных стержнях Г 2 16,9 21,5 1.29 3,09
112 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЧУГУННЫХ ВТУЛОК
Поршневые кольца, в рабочей зоне которых присутствует розеточный
графит, оказались в несколько (7—8) раз более износостойкими по
сравнению с кольцами с равномерно распределенным графитом.
Д. М. Крымский объясняет это тем, что строение перлита и других
элементов структуры металлической основы в первом случае было
гораздо более тонким, чем во втором.
Следовательно, розеточный графит при отсутствии в структуре
феррито-графитовой эвтектики не должен служить признаком брака
.поршневых колец.
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ
ЦИЛИНДРОВ И МАСЛОТ
ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА
До сих пор цилиндры и маслоты для поршневых колец изготовля-
лись из серого чугуна. Работы по промышленному использованию
высокопрочного чугуна для этих деталей представляют несомненный
интерес. Для окончательного суждения о том, какой из чугунов должен
получить преобладающее распространение, требуется дальнейшее накоп-
ление производственного опыта, а также исследование эксплуатационной
стойкости цилиндров и поршневых колец из обоих чугунов.
Цилиндровые гильзы дизель-мотора [113]. Гильзы ранее изготовляли
из стали 38ХМЮА. Чистовые размеры ее: наружный диаметр 163,4 мм,
толщина стенки 6,7 мм, длина 276,8 мм. Гильзы получали на машине
консольного типа с горизонтальной осью вращения в изложнице, футе-
рованной смесью из кварцевого песка с 5% черного графита и 5%
пульвербакелита.
Слой футеровки 1,5—2,0 мм наносили при температуре изложницы
250—350° С. Смесь при пониженной скорости вращения изложницы
удерживалась на конической поверхности в месте перехода к бурту
гильзы. Опыт показал, что необходимо энергично отсасывать газы, выде-
ляющиеся при спекании смеси.
Для получения высокопрочного чугуна наиболее удобным оказался
барабанный ковш (конструкции ЦНИИТМАШа), поскольку в течение
смены надо было через каждые 20—30 мин подавать сравнительно
небольшие порции металла. Одновременно с магнием в ковш вводили
0,2% криолита. Это способствовало выделению из металла мелких
включений, окиси магния и улучшало качество гильз.
Заливку производили при скорости вращения 900—950 об!мин.
Включения (черные пятна) скоплялись у торца отливки со стороны,
противоположной заливке, в зоне припуска и удалялись при механиче-
ской обработке.
Для получения гильз оказалось целесообразно применять половин-
чатый высокопрочный чугун с последующей термической обработкой
(нормализацией). Режим нормализации: нагрев до 960°С, выдержка до
3,5 ч и охлаждение. Структура после нормализации — сорбитообразный
перлит и шаровидный графит, твердость НВ 302. После черновой обра-
ботки гильзы подвергались закалке и отпуску.
Гильзы обладали высокой износостойкостью. Брак их не превышал
8—9%. Себестоимость гильз из высокопрочного чугуна оказалась на
14% ниже себестоимости стальных гильз.
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА 1 13
Цилиндры и маслоты для компрессоров. На Пензенском компрессор-
ном заводе освоено центробежное лнтье цилиндров и маслот для
крупных компрессоров (табл. 17).
Таблица 17
Условия центробежного литья цилиндров и маслот из чугуна ВЧ 45-5 [60]
Изделие Размеры дета- ли в мм Размеры заго- товки в мм Масса заготовки в кг ь max Продолжитель- ность Покрытие изложницы
Диаметр Длина Диаметр Длиив заливки в сек охлаж- дения в мин
наружный вкутрен- НИЙ наружи ъш внутрен- ний ^mir
Цилиндр 545 520 941 570 490 1065 528 49 42 80—100 20—25 Слой песка 7 мм
Маслота для поршневых колец 460 434 9 486 404 1065 450 42 34 100—110 35 40 Футеровка по- сухому
Цилиндр 148 110 330 158 €0 345 28 44 25 10 -12 8 Слон песка 5 мм
Камера 180 106 32 190 92 2~0 46 56 26 15—20 8—10 Краска ГБ без присыпки пли слой песка 2 мм
Скорость охлаждения при покрытии изложницы краской ГБ (отлив-
ка № 4) наибольшая, она снижается по мере увеличения толщины слоя
песка у отливок № 3, № 1. Наименьшая скорость охлаждения у
отливки № 2.
В центробежных отливках из высокопрочного чугуна доэвтектическо-
го состава включения графита были распределены относительно
равномерно. Ликвацию марганца н магния не обнаружили. Концентри-
ческие ликвационные полосы, обычно наблюдаемые в центробежных
отливках из серого чугуна, в этих отливках отсутствовали.
В поверхностном слое отливок было до 10% цемента, поэтому все
отлнвки подвергаются термообработке.
Свойства чугуна после термообработки. Режимы термообработки
следующие:
1. Высокотемпературный отжш—нагрев до 940—950е С в течение
9 ч, выдержка 5 ч, охлаждение до 700—720° С, выдержка 7 ч и охлажде-
ние с печью. Структура после отжига состоит из феррита с отдельными
включениями перлита (2—10%) и фосфидиой эвтектики в виде отдель-
ных зерен. Графит шаровидной формы (8—12% площади).
2. Нормализация — нагрев до 920—950° С, выдержка до 3 ч, охла-
ждение на воздухе; отпуск —нагрев до 550° С, выдержка 2 ч, охлажде-
ние на воздухе.
Структура чугуна перлитная (90% площади). Графит шаровидный
(8 10% площади) с отдельными включениями неправильной формы.
114_______________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЧУГУННЫХ ВТУЛОК
3. Изотермическая закалка — нагрев до 860—880° С, выдержка
1—2 ч, охлаждение в щелочной ванне при 350° С в течение 30—60 мин
и затем на воздухе.
Структура чугуна — крупноигольчатый мартенсит, аустенит, графит
соответствует баллам ГшЮ — ГшдЗ — Гфш2. В продольном и попереч-
ном сечении отливок структура одинакова.
Разница в твердости (НВ) на наружной и внутренней поверхностях
отливок после отжига 4—9 единиц, нормализации 8—28 единиц и изо-
термической закалки 40—160 единиц.
В табл. 18 представлена структура одной из отливок по зонам до
и после термической обработки.
Таблица 18
Структура отливки
Состояние отливки Зоны по сечению Мик ростру ктура
Литье Внутренняя П70—Фв1—Гш04—ГшдЗ—Гфш2
Средняя П70—Фв1—Гш04—ГшдЗ—Гфш2
Наружная П85—ГшОб—Гшд2—Гфш2—ЦП25
После отжига Внутренняя ПО—ГшОб—ГшдЗ—Гфш2
Средняя ПО—Г ш06—Г шдЗ—Г фш2
Наружная ПО—Г шОб—Г шд2—Г фш2
После нормализации Внутренняя П95—Г шОб—Г шдЗ—Г фш2
Средняя П95—Г шОб—Г шдЗ—Г фш2
Наружная П95—Г шОб—Г шд2—Г фш2
После изотермической закалки Внутренняя Крупноигольчатый мартенсит — аустенит Г ш04 — ГшдЗ — Гфш2
Средняя То же
Наружная То же
Испытание показало, что износ колец, работавших в паре с цилин-
дром из чугуна ВЧ 45-5, в 5 раз меньше, чем износ колец, работавших
в паре с цилиндром из чугуна СЧ 21-40.
Необходимо отметить, что проведенные испытания имеют существен-
ный недостаток. В них сравнивали отливки из высокопрочного чугуна,
которые изготовляли центробежным способом при интенсивном охла-
ждении и затем подвергали термической обработке с отливками из
серого чугуна, которые изготовляли в песчано-глинистых формах. Для
получения сравнимых данных по износостойкости цилиндров и поршне-
вых колец из высокопрочного и серого чугунов необходимо, чтобы
отливки в обоих случаях изготовляли по достигнутой в данный момент
наиболее совершенной технологии.
ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЬЯ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА 115
Технико-экономическая эффективность. Основные источники техни-
ко-экономической эффективности центробежного литья цилиндров и
маслот для поршневых колец компрессоров из высокопрочного чугуна
в сравнении с литьем тех же деталей из серого чугуна в песчано-глини-
стые формы, по данным Пензенского компрессорного завода, состояли
в снижении литейного брака с 48 до 6,1% и расхода металла. Напри-
мер, заготовка цилиндра при литье в песчано-глинистую форму весила
800 кг, а при центробежном литье 528 кг. Годовая экономическая эф-
фективность на одном типоразмере цилиндров составила, согласно
расчету, 25 573 руб. без учета экономического эффекта от увеличения
износостойкости изделия.
ГЛАВА VII
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
К этой группе изделий относятся гильзы (рис. 81) для тракторных
двигателей, имеющие два пояска, цилиндры стационарных и транспорт-
ных дизелей, втулки различных машин и механизмов с одним пояском
Рис. 81. Гильза
или несколькими поясками, фланцы
и т. п.
Брак этих изделий при стацио-
нарном литье, как правило, значи-
тельный, что объясняется высокими
требованиями к чистоте рабочей по-
верхности, которая к тому же в ря-
де случаев составляет почти поло-
вину всей поверхности изделия.
Возможность центробежного ли-
тья этих изделий обусловлена тем,
что все они имеют цилиндрическую
внутреннюю поверхность. Фасонное очертание наружной поверхности
требует применения более сложной технологии изготовления формы,
чем при литье гладких втулок.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРАКТОРНЫХ ГИЛЬЗ
В НАКАТАННЫЕ ФОРМЫ
Метод накатки форм. Накатка является одним из методов формовки.
Принцип накатки прост и сводится к тому, что формовочная смесь,
засыпанная во вращающийся металлический ротор (опоку, изложницу),
уплотняется с помощью свободно вращающегося фасонного ролика,
который имеет профиль, соответствующий профилю получаемой дета-
ли [114].
Применяют два способа накатки форм: 1) непосредственным вдав-
ливанием фасонного ролика во вращающийся слой формовочной смеси;
2) с предварительным уплотнением и профилированием слоя с помо-
щью скребка, имеющего те же очертания, что и ролик.
Первый способ накатки требует, чтобы формовочная смесь была
высокой пластичности и текучести. В самом деле, если накатываемый
профиль имеет значительные выступы, то на участках этих выступов
смесь будет испытывать наибольшее давление. Для того чтобы уплотне-
ние в различных участках формы было равномерным, смесь должна
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРАКТОРНЫХ ГИЛЬЗ В НАКАТАННЫЕ ФОРМЫ 117
обладать способностью выдавливаться из участков с высоким давлением
(выступ ролика) в места пониженного давления. Чем более пластична
смесь, тем лучше происходит накатка.
Сравнение двух способов накатки позволяет установить, что непо-
средственное выдавливание профиля роликом целесообразно применять
при толстостенных формах или при острых очертаниях профиля. Этот
процесс требует пластичных смесей, малого начального уплотнения
смеси под действием центробежных сил (рис. 82) и, как следствие, невы-
соких скоростей при формовке.
Накатку с предварительным профилированием целесообразно
применять при изготовлении тонкослойных форм с тупыми очертаниями
Рис. 82. Диаграмма уплотнения смеси
под действием центробежных снл:
/ — низкопластичная смесь; 2 — высоко-
пластичная смесь
Рнс. 83. Распределение плотности
в слое формовочной смеси прн на-
катке (Q — нагрузка на ролик)
накатываемого профиля. Процесс требует применения смесей понижен-
ной пластичности и высокого уплотнения смеси перед накаткой. Фор-
мовка может осуществляться при высоких скоростях ротора.
Уплотнение формы при профилировании значительно. Окончательное
уплотнение формы роликом увеличивает плотность всего на 10—15%, а
в некоторых случаях еще меньше. Тем не менее операция накатки
является необходимой, так как после профилирования скребком форма
непригодна к заливке металла из-за значительной шероховатости ее
поверхности, а также вследствие того, что часть избыточной смеси,
оказавшейся перед скребком, остается в форме и загрязняет ее.
После накатки форма становится твердой и гладкой. Это объясняется
тем, что ролик соприкасается с формой по узкой контактной площадке,
и благодаря этому на площадке при относительно небольшой силе
нажатия развивается высокое давление.
Контактный характер давления обусловливает особые свойства
формы, полученной накаткой. Особенностью накатанной формы является
высокое уплотнение поверхностного слоя формы.
Распределение плотности по слоям формы, накатанной роликом
диаметром 70 мм и при различных нагрузках на 1 см длины ролика
(рис. 83), показывает, что в накатанном слое плотность смеси снижается
по мере удаления от накатываемой поверхности.
Снижение плотности в накатанном слое от поверхности к периферии
благоприятно для газопроницаемости формы, так как последняя воз-
растает в том же направлении, в котором движется и возрастает
газовый поток в залитой форме.
Применение сухих или сырых накатанных форм зависит от особен-
ностей конкретного технологического процесса. Например, для литья
118.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
небольших серий крупных дизельных цилиндровых гильз целесообразно
применять сухие формы; для массового литья тракторных гильз — сырые
формы, т. е. заливку производить непосредственно после накатки.
Однако некоторые заводы и для массового литья гильз применяют суш-
ку накатных форм.
От принятой технологии зависит конструкция центробежной маши-
ны. В случае литья по-сырому центробежную машину оснащают
добавочными устройствами для накатки форм.
В случае литья по-сухому накатку форм можно производить на
отдельной машине. Затем формы высушивают и передают на центро-
бежную машину для заливки.
Рис. 84. Центробежная машина для лнтья тракторных гильз в сырые накатан-
ные формы
Положительные особенности центробежного литья в накатанные
формы следующие:
1. В форме отсутствуют стыки, что исключает возможность просачи-
вания металла.
2. Переход на выпуск изделий различных типоразмеров прост и в
основном осуществляется сменой накатного ролика.
3. Геометрическая ось формы строго совпадает с осью ее вращения,
вследствие чего исключается разностенность в отливке.
Центробежная машина для литья тракторных гильз в сырые на-
катанные формы. Изложница машины (рис. 84) представляет собой
полый цилиндр, который закрепляют болтами на фланце шпинделя 4.
Крышку 7 с отверстием крепят болтами.
Изложница имеет большое число отверстий (диаметром 3 мм) для
выхода газов из формы.
Шпиндель опирается на два шарикоподшипника, смонтированные
в массивном чугунном корпусе 3. Ременный шкив 2, закрепленный на
шпинделе, является одновременно и тормозным шкивом. Тормоз —
ручной, колодочный (на рисунке не показан). Рукоятка тормоза выне-
сена к переднему торцу машины, где сосредоточено все управление.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРАКТОРНЫХ ГИЛЬЗ В НАКАТАННЫЕ ФОРМЫ
119
Через полый шпиндель проходит стержень 5, на котором смонтиро-
вана тарелка 6 толкателя. Она выполнена в виде ободка, связанного
ребрами со ступицей. Торец ободка служит стенкой, ограничивающей
песчано-глинистую форму. Такая конструкция тарелки ие препятствует
удалению нз формы избытка смеси.
Стержень 5 толкателя соединяют со штоком 1 пневматического ци-
линдра так, что во время вращения шпинделя тарелка и стержень
толкателя вращаются вместе с иим, а шток пневматического устройства
остается неподвижным.
Рабочий ход и возвращение толкателя в исходное положение
происходят после остановки машины. Пневматический толкатель может
развить усилие до 2,5 Т. При прямом ходе усилие передается, минуя
7 2 з
Рис. 85. Устройство для профилирования формы
подшипник, а при обратном поршень достигает упора в крышке раньше,
чем тарелка упрется в изложницу.
При установке машины на конвейере более удобно верхнее распо-
ложение электродвигателя. В индивидуальных машинах его можно
располагать внизу в сварной станине.
Для подачи формовочной смеси в изложницу, предварительного
профилирования формы, а также для накатки предусмотрены специаль-
ные устройства. Над машиной в швеллерах, прикрепленных к станине,
расположен бункер для формовочной смесн.
Желобок 8, входящий в отверстие изложницы, закреплен на рычаге
профилирующего скребка. К нему присоединен шланг для вдувания
формовочной смесн в изложницу.
Каждое устройство для профилирования и накатки установлено на
отдельной штанге 9. Штанги закреплены на станине с помощью крон-
штейнов.
Скребок / (рнс. 85) для профилирования монтируют на державке 2,
соединенной с литым рычагом 3, надеваемым на штангу. Рычаг может
поворачиваться вокруг оси штаиги и перемещаться вдоль нее.
Скребок представляет собой пластинку, режущая кромка которой
имеет фасонный профиль.
Накатной ролик (рис. 86) подобно скребку смонтирован на литом
рычаге /, подвешенном на штаиге 3. В нерабочем положении рычаг
с накатным роликом висит вертикально. Для перевода ролика в рабочее
положение рычаг поворачивают до горизонтального положения и под-
вешивают к штаиге 4 крючком 2. При этом оси ролика и изложницы
совпадают, и ролик может быть введен внутрь изложницы.
Система, при помощи которой осуществляется нажим ролика, со-
стоит из двух рычагов — крючка 2 н рычага /. При повороте рукоятки
крючок скользит по штанге 4, служащей ему опорой. Прн этом вся
система занимает положение, указанное иа рис. 86 штриховой линией.
]20___________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
Технология центробежного литья тракторных гильз в накатанные
формы. Ниже перечислены технологические операции:
1. Установка скребка в рабочее положение и пуск машины.
2. Подача формовочной смеси в изложницу машины, профилирова-
ние и удаление избытка смеси.
Рис. 86. Устройство для накатки формы
3. Установка накатного ролика в рабочее положение н накатка.
4. Установка желоба н заливка металла.
5. Установка трубки для охлаждения отлнвки воздухом.
6. Остановка машины и выталкивание отливки.
7. Подготовка формы к следующему циклу.
Скорость вращения формы при литье тракторных гильз выбирают
нз расчета, чтобы гравитационный коэффициент на внутреннем диаметре
отливки составлял 40—50.
Прн внутреннем диаметре отливки 120мм
л = 300
40-7-50
= 770-: 860 o6jмин.
6
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРАКТОРНЫХ ГИЛЬЗ В НАКАТАННЫЕ ФОРМЫ 121
Металл заливают из ручного ковша. Чтобы уменьшить высоту
падения струи и облегчить работу заливщика, обойму ковша выполня-
ют, как указано на рис. 87. Обойму с ковшом устанавливают на опоры.
Поскольку ось /—/ рогулек проходит около заливочного носка, высота
падения металла остается почти неизменной. Заливщик поворачивает
ковш одной рукой. Дозирование металла при центробежном литье
тракторных гильз так же, как при литье гладких втулок, производится
«на глаз».
Точность дозирования больше всего зависит от навыка рабочего-
заливщика; последний стремится избежать недолива, так как в этом
случае получается неисправимый брак.
Рис. 87. Заливочный ковш
Внутренний диаметр гильзы
Рис. 88. Отклонение внутреннего
диаметра отливок от номинального
(89 лш)
Перелив металла менее опасен — он приводит только к увеличению
припуска на механическую обработку. В условиях массового произ-
водства это также недопустимо. Но этот брак, если он не составляет
большого количества, может быть исправлен дополнительной расточкой.
На практике большинство гильз получается с припуском больше номи-
нального (рис. 88). У максимального числа гильз припуск всего на
0,5—1 мм больше номинального, что указывает на удовлетворительную
точность дозирования.
Правильный режим охлаждения отливки предупреждает образование
брака по усадочной рыхлости, возникающей вследствие: 1) наличия в
отливке утолщенных мест; 2) неравномерного нагрева формы заливае-
мым металлом (максимум нагрева в месте падения струи) и 3) нерав-
номерной отдачи тепла различными частями отливки (наибольшая
отдача тепла около крышки).
У неохлажденных отливок утолщения выделяются светло-красными
поясками, причем наиболее светлым является поясок, удаленный от
крышки.
Рыхлоты располагаются в наиболее нагретых частях отливки,
затвердевающих последними. Поэтому важным является воздействие
на положение термического центра. Если он перемещен ближе к внут-
ренней поверхности, то рыхлоты попадают в припуск и удаляются при
обработке. В случае его перемещения дальше от внутренней поверхно-
сти рыхлоты могут оказаться в толще сечения, и это также не повлияет
на качество изделия.
122__________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
Рис. 89. Поперечное сечение кольцево-
го конвейера:
1 — толкатель; 2 — центробежная маши-
на; 3 — опорный ролик
Эффективным средством выравнивания температуры по длине
отливки и смещения термического центра в толщу сечения оказалась
обдувка воздухом внутренней поверхности отливки.
Отливки охлаждаются сжатым воздухом из трубки, всегда устанав-
ливаемой в одинаковом положении по отношению к отливке. Обдувка
производится через сравнительно большие отверстия диаметром
4—5 мм.
Охлаждающий воздух можно подавать только после образования
корочки на внутренней поверхности отливки. При более раннем вклю-
чении сильного воздушного охлажде-
ния внутренняя поверхность отливки
получается бугристая.
Отливка удаляется вместе с песча-
но-глинистой формой. Конусность из-
ложницы облегчает выполнение этой
операции. Целесообразнее удалять
отливку вскоре после ее охлаждения,
так как тогда не требуется затраты
больших усилий. Это объясняется тем,
что при заливке металла происходит
перераспределение влажности в фор-
ме. Поверхность, соприкасающаяся с
металлом, полностью высыхает. Влага
перемещается к периферии и конден-
сируется главным образом на стенке
металлической изложницы, что облег-
чает выталкивание. После высыхания
формы усилие, потребное для вытал-
кивания, возрастает. Отливка, сдвинутая толкателем, легко удаляется
из формы.
Ниже приведены средние данные (за 6 замеров) хронометража
выполнения основных операций центробежного литья гильз в накатан-
ные формы при работе на индивидуальных машинах в сек:
продувка изложницы воздухом—15,5; установка крышки — 9,5; ус-
тановка профилирующего скребка внутрь изложницы — 6,2; засыпка
формовочной смеси — 62,5; удаление избытка смеси — 4,2; установка
накатного ролика—4,3; накатка и удаление ролика — 2,5; продувка
формы воздухом — 4,5; установка желоба — 11,7; заливка металла — 5;
удаление желоба — 3,8; остывание отливки до начала охлаждения воз-
духом— 54,1; охлаждение отливки воздухом — 65,8; остановка маши-
ны — 3,5; удаление крышки — 8,3; выталкивание отливки — 7.
Конвейерный агрегат. При серийном литье гильз центробежные ма-
шины устанавливают рядами, при массовом литье гильз технологический
процесс может быть значительно упорядочен, если центробежные
машины расположить на вращающемся кольцевом конвейере. Первый
кольцевой конвейер для центробежного литья гильз пущен в эксплуата-
цию в 1950 г. на Самаркандском заводе «Красный двигатель». Основу
конвейера составляет массивное металлическое кольцо (рис. 89), опи-
рающееся на три ролика 3. Один из роликов приводится во вращение от
электродвигателя.
Кольцевой конвейер имеет положительные особенности по сравнению
с другими типами конвейеров:
1. Вследствие большой массы движущихся частей и жесткости
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРАКТОРНЫХ ГИЛЬЗ В НАКАТАННЫЕ ФОРМЫ-----------------------123
кольца конвейер не подвержен вибрации прн одновременной работе не-
скольких центробежных машин.
2. Кольцо простой конструкции: отсутствуют центральная ступица,
спицы, ось, подшипники. Для изготовления кольца не требуется
механической обработки.
3. Основные узлы конвейера работают с трением качения и под-
вержены незначительному износу, что обеспечивает надежность работы
в условиях литейного цеха.
4. Конвейер и его привод безопасны вследствие фрикционной связи
между приводом н вращающимся кольцом конвейера.
Рис. 90. Узел подвода электроэнергии и сжатого воздуха к центробежным
машинам, установленным на конвейере
Часть кольца (рельса), непосредственно соприкасающуюся с опор-
ными роликами, изготовляют наиболее тщательно. Для компенса-
ции овальности рельса один из опорных роликов делают плавающим в
осевом направлении; все ролики имеют реборды.
Роликам н рельсу придают благоприятную форму, уменьшающую
контактное напряжение. Опорные ролики монтируют на подшипниках
качения, чтобы уменьшить сопротивление н увеличить запас сцепления
на ведущем ролике.
Скорость вращения конвейера, особенно в наладочный период, необ-
ходимо регулировать.
Питание машин электроэнергией и сжатым воздухом осуществляется
с помощью токосъемных колец со щетками 1 н золотника 2 (рис. 90).
Качество гильз и виды брака. Структура гильз, полученных в нака-
танных формах по-сырому, в общем сходна со структурой гильз,
полученных в разовых формах.
Типичная структура графита представлена на рис. 91.
У поверхности гнльзы в тонком наружном слое (порядка 1—2 мм),
который прн соприкосновении с влажной формовочной смесью охла-
ждается несколько быстрее, графит приобретает розеточное строение,
а металлическая основа содержит много феррита. Поскольку наружный
124.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
слой нерабочий, это не отражается на качестве гильзы. На внут-
ренней поверхности гильзы на глубине 0,1—0,2 мм также увеличенное
содержание феррита. При обдувке сильной струей сжатого воздуха
(через малые отверстия трубки и при близком расположении трубки к
Рис. 91. Структура графита и гильзы, полученной в фор-
ме по-сырому (нетравлено; X 100)
Рис. 92. Междендритный графит на внутренней поверхно-
сти гильзы при чрезмерном охлаждении сжатым возду-
хом (нетравлено; X 100)
отливке), содержащего влагу, образуется резко выраженная структура
переохлаждения с эвтектическим междендритным графитом (рис. 92).
Влияние переохлаждения может сказаться на глубине до 4—5 мм.
что недопустимо, так как это выходит за пределы установленного при-
пуска и охватывает рабочую поверхность гильзы.
Одним из видов брака при центробежном литье гильз в накатанные
формы является брак по «рыхлотам», т. е. усадочной пористости.
Причина образования усадочной пористости в центробежных отливках
рассмотрена в главе III. Поскольку усадочная пористость поражает
зону теплового центра отливки, борьба с этим видом брака возможна
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ В НАКАТАННЫЕ ФОРМЫ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
125
Таблица 19
Причины и количество брака гильз, полученных в накатанных формах
Причины брака Количество брака в % залитых гильз Причины брака Количество брака в % залитых гильз
Газовые раковины .... Засоры Обвалы формы..... Неметаллические включения Повреждение внутренней по- верхности при выбивке 0,06 1,50 2,10 2,35 0,19 Отеки по внутренней поверх- ности Пористость иа рабочей по- верхности Недолив Отбел Спаи 0,16 0,58 0,60 0,01 0,05
Таблица 20
Трудоемкость в человеко-часах
на литье 100 гильз
Операции Литье
в непод- вижные формы центробеж- ное
Заготовка шихты . 1,099 1,009
Плавка металла . 0,55 0,55
Заливка .... 0,943 1,50
Охлаждение . . — 1,50
Модифицирование. Изготовление 0,155 0,155
стержней . 4,99 —
Формовка 4,2 3,00
Выбивка .... Очистка в бараба- 2,3 1,00
не 1,63 1,63
Зачистка . . . Испытание 2,00 2,00
на твердость . . 0,8 0,8
Итого 18,7 13,3
охлаждением внутренней поверх-
ности, что смещает тепловой
центр в толщу стенкп и уводит
его с рабочей поверхности. Об-
щее количество брака при литье
тракторных гильз в накатанные
формы, по данным завода им.
Лепсе, составляет 7,6% (табл.
19).
В табл. 20, 21 приведены
Таблица 21
Расход материала в кг иа 100
отливок гильз
Материал Литье
в непод- вижные формы центробеж- ное
Металл . . Формовочная смесь Стержневая смесь Связующее 7,35 5100 420 16 6,35 950
сравнительные технико-экономические показатели литья в неподвижные
формы и центробежного в накатанные формы по-сырому.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ В НАКАТАННЫЕ ФОРМЫ
ФАСОННЫХ ВТУЛОК В МЕЛКОСЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Чугунные втулки, употребляемые в узлах трения различных машин,
отличаются тем, что их производство имеет обычно мелкосерийный
характер. Центробежное литье этих деталей оправдывает себя в случае,
когда переход от изготовления одного типоразмера изделия к другому
прост и удобен. Центробежное литье чугунных втулок в накатанные
формы оказалось в этом отношении вполне рациональным.
Для получения втулок различных типоразмеров требуется незначи-
тельная перестройка оснастки — смена накатного ролика и изменение
величины радиальной подачи ролика.
126 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
Особенности технологии. Процесс центробежного литья втулок в
мелкосерийном производстве сводится к следующему:
1. Накатку форм производят без предварительного профилирования
скребком.
2. Накатку форм и литье осуществляют на отдельных машинах.
3. Чугун заливают в сухие формы.
При мелкосерийном производстве втулок различных типоразмеров
требуется частая переналадка формовочного устройства. Поэтому опе-
рации накатки и заливки не могут следовать друг за другом. Целесо-
образно производить накатку форм на специальной машине, а затем,
Рис. 93. Устройство для накатки форм на токарном
станке
Рис. 94. Форма, подготов-
ленная к иакатке:
1 — гильза; 2 — деревянный
стержень; 3 — стержневая
смесь; 4 — сменная вставка,
ограничивающая длину стер-
жня
накопив готовые формы, передавать их на заливку в центробежную
машину.
Передача формы с машины на машину требует, чтобы форма обла-
дала повышенной прочностью и не разрушалась при транспортировке
и закреплении, т. е. форма должна быть сухой.
Оборудование и технологический процесс. Для накатки форм из-за
отсутствия специальной накатной машины использован токарный станок
(рис. 93).
На шпиндель 1 станка надета планшайба 2, к которой болтами
прикреплена алюминиевая обечайка 3 со вставленной в нее алюминие-
вой гильзой 4 с уплотненной смесью. По мере надобности в гильзу вво-
дят алюминиевую вставку 13.
На каретке суппорта станка смонтировано накатное устройство 5.
На свободно выступающий конец вала 6 насажен стальной фланец 7 с
внутренней выточкой, в которую устанавливают накатной ролик 8.
Последний прижимается стальным диском 9 и скрепляется с фланцем 7
шестью шурупами. Смена накатных роликов при таком устройстве
занимает 2—3 мин.
Процесс накатки производят следующим образом (рис. 94). Предва-
рительно в алюминиевую гильзу устанавливают по центру деревянный
стержень 2 для выполнения отверстия, в которое вводят накатной
ролик. Диаметр стержня выбирают в зависимости от диаметра накаты-
ваемой втулки или фланца. Затем насыпают стержневую смесь 3, кото-
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ В НАКАТАННЫЕ ФОРМЫ ФАСОННЫХ ВТУЛОК-------------------------- 127
руками, после чего стержень вынимают. Гильза готова
рую уплотняют
к накатке.
Стержневая
при сжатии 0,7—0,8 кг!см2. В смесь вводят 6—7% сульфитного щелока
для повышения пластичности. Предел прочности при разрыве стержней
в сухом состоянии 3,5—5 кгс/см2.
Подготовленную таким образом гильзу вставляют в обечайку 3
(рис. 93), после чего с помощью маховика 10 подводят по центру на-
катной ролик 8 так, чтобы диск 9 плотно был прижат к гильзе. Это
положение накатного устройства фиксируют рукояткой 11. Диск 9
закрывает торец алюминиевой гильзы и препятствует просыпанию
формовочной смеси. Затем включают электро-
двигатель и, прижимая накатной ролик к
смеси, производят накатку. Скорость шпинде-
ля 300—350 об/мин.
Необходимое поперечное перемещение на-
катного ролика (подача) зависит от наруж-
ного диаметра втулки и диаметра накатного
ролика.
Величину подачи определяют по масштаб-
ной линейке 12, вмонтированной в станок.
По достижении заданной подачи каретка
станка с накатным роликом отводится к цен-
смесь для накатки имеет в сыром состоянии прочность
Рис. 95. Накатной стер-
жень, приготовленный
к сушке:
1 — стержень; 2~ встаака;
3 — сушильная плита
тру, электродвигатель выключается, рукоят-
ка И освобождается, каретка отводится, и
гильза с накатной футеровкой вынимается из
обечайки. В готовый стержень устанавливают
крышку из сырой стержневой смеси.
Затем гильзу со стержнем переворачивают.
Стержень устанавливают на плите и направляют
в сушку (рис. 95).
На одном из заводов при широкой номенклатуре втулок (25 типо-
размеров гладких втулок и 9 типоразмеров фасонных) литейная оснаст-
ка была сведена к минимуму благодаря весьма продуманной группи-
ровке отливок по длине и диаметрам Так, для литья 25 типоразмеров
гладких втулок применяли всего 3 накатных ролика.
Это было достигнуто благодаря тому, что длины заготовок были
нормализованы и сведены к трем размерам, кратным длине готовых
втулок с припуском на разрезку. Число втулок, получаемых из литой
заготовки, колеблется от 1 до 15.
Для уменьшения диаметра стержня при накатке форм для втулок
небольшого диаметра применяют алюминиевые переходные гильзы.
Различные заготовки для втулок с буртиками и накатные ролики
для них приведены в табл. 22. Стержень в сборе устанавливают в из-
ложницу (ротор) центробежной машины для заливки.
Стержень должен плотно прилегать к стенкам ротора, так как в
противном случае он может быть разрушен центробежной силой и дав-
лением жидкого металла. Скорость вращения ротора выбирают исходя
из получения на внутреннем диаметре гравитационного коэффициента
k = 20, т. е. для втулок внутренним диаметром 40—60 мм 1000 об/мин*
внутренним диаметром 60—100 мм 700 об/мин.
1 Руководители работы инж. Н. С. Массовер и И. И. Шпарага.
128 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
Таблица 22
Марка чугуна
Эскиз заготовки
Диаметр встав-
ки в мм
Эскиз накатного ролика
Центробежное литье фасонных втулок в мелкосерийном производстве
вполне оправдывает себя, так как резко снижает брак, уменьшает рас-
ход металла на прибыли, припуски и улучшает эксплуатационные
свойства деталей.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРАКТОРНЫХ ГИЛЬЗ
В РАЗЪЕМНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ
Центробежная машина. Металлическая форма 1 (рис. 96) состоит
из трех сегментов. В сомкнутом состоянии все три сегмента коническими
торцами входят в конусы 2 и 3, которые прижимаются пневматическим^
цилиндром 5. Форма открывается и закрывается пневматическим ци-
линдром 5 с помощью изогнутых пальцев 6, закрепленных в конусе 3.
При вращении форма стягивается центробежными зажимами 4. Же-
лоб 7 вставляют через центральную неподвижную втулку 8. Металли-
ческая форма вращается от электродвигателя 9 через клиноременную
передачу и ведомый шкив 10, сидящий на полом валу 11. Через полый
вал проходит вал 12, на котором закреплен конус 3. Вал 12 соединен со
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ГИЛЬЗ В РАЗЪЕМНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ 12£
штоком толкателя муфтой 13 с упорным шарикоподшипником. Ре-
шетка 14 предназначена для приема отливки гильзы.
Металлическая форма (рис. 97) состоит из сегментов /, 2 и 3. Сред-
ний сегмент 2 висит на штангах 4 и 5. Боковые сегменты / и 3 могут
Рис. 96. Центробежная машина для литья тракторных гильз в разъемные ме-
таллические формы
5-5
Рис. 97. Разъемная металлическая форма (тонкими линиями показана рас-
крытая форма)
поворачиваться соответственно вокруг штанг 4 и 5. Боковые сегменты
имеют ушки, через которые проходят пальцы 6 и 7, закрепленные в
коническом зажиме 8. Концы пальцев отогнуты. При перемещении влево
конического зажима 8 пальцы 6 и 7 упираются отогнутыми концами
в ушки боковых сегментов и раскрывают форму.
Центробежный зажим служит для надежного смыкания формы при
ее вращении, так как пневматический зажим в случае отключения сети
сжатого воздуха и падения давления в цилиндре может отказать.
При разъемной форме важное значение имеет правильная конструк-
ция замка.
130__________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
Замок, приведенный на рис. 98, с, не устраняет вытекания металла;
наиболее рациональная конструкция замка на рис. 98, б.
Металл, который затекает в канавку, затвердевает и закупоривает
стык. Заливку металла производят в передний поясок гильзы, слив — в
Рис. 98. Конструкция замка на
стыке сегментов формы
боковой по вращению формы. Скорость
вращения ее 670 об!мин (k = 30,4), об’
щая длительность цикла литья одной
гильзы 89—107 сек. Состав чугуна в %:
2,73 С; 0,95 Мп; 2,85 Si; 0,108 Р; 0,022 S;
0,06 Сг.
Были опробованы различные покры-
тия для форм. Наилучшие результаты
достигнуты при использовании раство-
ров сульфитного щелока и сульфитного
щелока с хлористым барием. Поверх-
ность и структура гильз при этом полу-
чались хорошие (табл. 23 и рис. 99).
Рис. 99. Структура графита у внутренней поверхности
гильзы. Покрытие формы — сульфитный щелок (нетрав-
леио; X 100)
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДИЗЕЛЬНЫХ ЦИЛИНДРОВЫХ ГИЛЬЗ
БОЛЬШОГО РАЗМЕРА
Цилиндровые гильзы больших размеров применяют для стационар-
ных и транспортных дизелей (судовых, тепловозных). В большинстве
случаев гильзы представляют собой тела вращения, имеющие два или
несколько поясков на наружной поверхности. Встречаются также гиль-
зы с продувочными окнами и ребрами.
Гильзы быстроходных дизелей испытывают на герметичность давле-
нием до 100 кгс!см2. Кроме того, определяют износостойкость гильз
на заводских стендах и в эксплуатационных условиях. Литейные дефек-
ты допускаются на рабочей поверхности только в нижней части гильзы
в виде одиночных раковин малого размера.
Большие гильзы целесообразно изготовлять в сухих песчано-
глинистых формах.
Таблица 23
Влияние различных покрытий на структуру гильз
Покрытие Толщина по- крытия в мм Температура заливки в °C Продолжи- тельность от начала залив- ки до удале- ния отливки в сек Микроструктура
графита металлической основы
у внутренней поверхности в середине у наружной поверхности у внутренней поверхности в середине у наружной поверхности
Нет — 1280 35 Дендритные крис- таллы округлен- ной формы. Гра- фитная эвтекти- ка, междендрит- ная точечная Еще более резко выраженные дендритные кристаллы. Гра- фитная эвтектика, межден- дритная точечная Сорбит+фер- рит Сорбит+ледебурит+цемен- тит
Сухой пе- сок 1 1300 42 Мелкие пластинки графита в виде розеток, между ними эвтектичес- кий графит Кустообразный и эвтектичес- кий Междендритный Сорбитообраз- иый перлит Сорбитообраз- иый перлит+ феррит Сорбитообраз- иый перлит+ большие вклю- чения феррита
Сухой пе- сок 2,0 1300 60 Более крупные пла- стинки графита, между ними эв- тектический гра- фит Кустообразный и эвтектический Междендритиый Сорбитообраз- ный перлит Перлит+фер- рит Перлит+фер- рит
Ферроси- лиций (75%) 1,0 1270 35 Розеточный меж- дендритный+ графитная эвтек- тика Розеточный междендрит- ный+значитель- ная графитная эвтектика Графитная эвтектика, междендритиая Сорбитообраз- ный перлит+ феррит Сорбитообраз- иый перлит+ феррит Сорбитообраз- иый перлит+ феррит
Сульфит- ный ще- лок 1,0 1300 40 Средиепластинча- тый, равномерно расположенный Кустообразный Розеточный, переходящий в междендритный Сорбит Сорбит Сорбит и незна- чительные вклю- чения феррита
Примечание. Продолжительность заливки 10 сек.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРОВЫХ ГИЛЬЗ БОЛЬШОГО РАЗМЕРА
_______ , , откидная перекла-
иередача к винтовому устройству 9 для профилирования
Рис. 100. Центробежная машина роликового типа для литья цилиндров
н накатанные формы:
/ — ротор-изложница; 2 — желоб; 3 — защитный кожух; 4 — пружина; 5 — гайка
предварительной натяжки пружины; 6 — съемная шайба; 7
дина; 8 — червячная
накатки
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРОВЫХ ГИЛЬЗ БОЛЬШОГО РАЗ
133
Применяют два метода формовки: уплотнение по модели (завод
«Русский дизель») и накатку (завод «Двигатель революции»). В отдель-
ных случаях для литья гильз сложной конфигурации (с окнами, реб-
рами и т. п.) применяют сборные формы из стержней.
Метод накатки имеет несколько существенных преимуществ перед
уплотнением:
1. Производительность труда формовщика выше, чем при уплот-
нении по модели.
2. Ось формы всегда точно совпадает с осью вращения.
3. Простота формовки гильз, имеющих несколько поясков.
4. Простота нанесения облицовочного слоя смеси.
Рис. 101. Центробежная машина роликового типа для литья цилиндров в фор-
мы, изготовленные уплотнением по модели или собранные из стержней
Центробежные машины имеют специальные устройства для накатки.
Центробежные машины для литья дизельных гильз. Машина для
центробежного литья дизельных гильз в накатные формы (рис. 100, а)
состоит из вращающегося на опорных роликах ротора /, привода, зали-
вочного желоба 2, устройства для накатки форм (рис. 100, б) и
ограждения.
В случае применения уплотненных форм центробежная машина не
имеет устройств для накатки (рис. 101). Ротор-изложница представляет
собой чугунный барабан с двумя поясками, опирающимися на четыре
ролика. В стенках ротора-изложницы просверлено большое число
отверстий диаметром 3 мм для выхода газов из песчано-глинистой
формы.
В одном из поясков ротора / имеется канавка, в которую входят
реборды роликов 2, что предохраняет ротор от осевого перемещения
(рис. 102, а). С этой же целью могут быть предусмотрены специальные
ролики на станине, как показано на рис. 102, б.
134 __________________________________ ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
Устройство на рис. 102,6 наиболее удобное, так как при установке
ротора на ролики оно не требует точного направления, чтобы попасть
ребордой между роликами. На крышках ротора есть рым-болты для
транспортирования. Опорные ролики монтируют в специальных корпу-
сах, устанавливаемых попарно на плитах, а последние имеют выступы,
входящие в пазы плиты, что позволяет сдвигать и раздвигать ролики,
сохраняя параллельность между их осями. При установке роторов боль-
шого диаметра ролики раздвигают, а при малых диаметрах сдвигают,
чтобы сохранить примерно
одинаковый (90—110°) цен-
тральный угол между точ-
ками контакта.
Корпуса роликоопор
сдвигают и раздвигают с
помощью двух стяжных бол-
тов, связывающих попарно
оба корпуса.
После того, как корпуса
установлены в требуемое
положение, их крепят бол-
тами. Из четырех опорных
роликов два ролика являют-
ся приводными.
При монтаже роликов
Рис. 102. Способы осевой фиксации ротора-излож-
ницы (Z — допустимая неточность при опускании
ротсра на ролики)
необходимо обращать внимание на то, чтобы пояски роторов ложились
на ролики без перекосов. Правильность установки роликов проверяют
щупом. Ролики должны иметь достаточно твердую поверхность. Хоро-
шими эксплуатационными свойствами обладают стальные ролики с це-
ментированной и закаленной поверхностью катания.
Нажимные ролики служат главным образом для уменьшения вибра-
ции в случае плохой балансировки ротора-изложницы. При хорошей
балансировке ротор вращается спокойно и при отсутствии верхних
нажимных роликов. Нажимные ролики расположены на откидных
перекладинах. Один конец перекладины связан шарниром со стойкой,
закрепленной на корпусе роликоопоры. Второй конец перекладины в
рабочем положении стянут болтом, упирающимся в цилиндрическую
пружину. Этим достигается постоянство усилия нажатия ролика на
ротор-изложницу независимо от изменения его размеров при на-
греве.
Предварительное натяжение пружины осуществляют двумя-тремя
оборотами верхней нажимной гайки. Чтобы откинуть траверсу, необ-
ходимо ослабить гайку, натягивающую болт и пружину. Затем удаляют
подкладную шайбу с прорезью, и тогда траверса, имеющая большие
овальные отверстия, может быть поднята.
Устройство для накатки представляет собой подъемный механизм
в виде двух домкратов, на которых можно закреплять профилирующие
скребки или накатные ролики (см. рис. 100, б).
Головки двух вертикальных грузовых винтов 9 (домкратов) располо-
жены напротив отверстий в крышках ротора. Головки винтов выполнены
в виде хомутов с откидными крышками. Этими хомутами крепят скреб-
ки или ролики, проходящие через ротор, к домкратам. Подъем и опуска-
ние скребков или роликов осуществляется вручную. Перемещение
роликов и скребков производится синхронно обоими винтами, т. е.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРОВЫХ ГИЛЬЗ БОЛЬШОГО РАЗМЕРА 135
поступательно, без какого-либо перекоса благодаря механической связи
между домкратами.
Каждый домкрат поднимается и опускается с помощью гайки,
получающей вращение от червячной передачи 8. На одном из домкратов
находится стрелка, которая служит указателем размера форм во время
профилирования и накатки.
При литье гильз небольшого размера скребки и ролики устанавли-
вают на домкраты вручную. Для установки скребков и роликов боль-
ших размеров используют кран или специальную тележку с подъемным
устройством (рис. 100, а).
Заливочное устройство монтируют на тележке, перемещающейся по
рельсам. Оно состоит из литниковой чаши и желоба. Через отверстие
Рис. 103. Схема изготовления форм уплотнением по модели:
а — уплотнение смеси; бив — удаление соответственно верхней и нижней
частей модели и установка крышек
в передней съемной стенке литниковой чаши металл поступает в желоб;
последний имеет боковой слив. Заливочное устройство крепят к тележке
шарниром. Угол наклона желоба можно регулировать в пределах до 15°.
Защитное ограждение представляет собой сварную конструкцию в
виде опрокинутой коробки, целиком закрывающей вращающуюся
изложницу. Этим создаются безопасные условия для рабочих в случае
перелива металла. Ограждение установлено на колесах и вручную
перемещается по рельсам. При отодвинутом ограждении доступ к ма-
шине совершенно свободен. Перед заливкой ограждение устанавливают
до упоров, имеющихся на рельсах.
Технология центробежного литья дизельных гильз. Изготовление
песчано-глинистых форм по модели. На рис. 103 показан процесс уплот-
нения формы для гильзы с двумя поясками.
Изготовление накатанных форм. Подробное описание этого метода
дано применительно к литью тракторных гильз и фасонных втулок.
Накатка форм для литья дизельных гильз большого размера имеет
некоторые особенности.
Формовочную смесь загружают в неподвижный ротор-изложницу
лопатой или совком, а операцию профилирования производят после
136
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
подачи смеси. Подачу и профилирование смеси осуществляют не сразу,
а ступенчато в 2—3 слоя.
Форма, полученная при ступенчатом профилировании, имеет
слоистую структуру. Никаких отрицательных последствий от слоистости
формы не наблюдается. Наоборот, ступенчатое профилирование позво-
ляет применить для внутреннего слоя формы специальную облицовоч-
ную смесь для ускорения сушки и улучшения поверхности отливки.
Ниже рассмотрено влияние на процесс профилирования формы
различных факторов:
1) расположения скребка относительно формы; 2) срезания смеси в
процессе профилирования; 3) свойств формовочной смеси на процесс
профилирования; 4) перемены на-
правления вращения формы.
При угле р = 30° и меньше плот-
ность формы (рис. 104) возрастала,
однако поверхность ее была волнистой
с выступами и впадинами. Эти бороз-
ды прочерчивались уплотненными
пленками формовочной смеси, кото-
рые образовались перед скребком в
заостренном клиновидном объеме. На-
илучший результат достигается при
вертикальном расположении скребка.
Срезание смеси при профилировании
повышает плотность слоя формовоч-
ной смеси. При врезании нижняя
Рис. 104. Схема процесса профилиро- кромка скребка надавливает на смесь
вания и уплотняет ее.
Перемена направления вращения
формы сказывается при профилировании следующим образом. При по-
стоянном направлении вращения и неподвижном скребке перед ним
скапливается смесь, нижний слой которой, лежащий на поверхности
формы, постепенно уплотняется и образует пленку, закрывающую до-
ступ к скребку рыхлой смеси. В случае перемены направления враще-
ния формы рыхлая смесь в первую очередь переходит к набегающей
стороне скребка, в то время как уплотненные слои не увлекаются
формой и остаются на убегающей стороне, что способствует уплот-
нению.
Свойства формовочной смеси при профилировании влияют больше
всего на образование торцов формы. Смесь, обладающая повышенной
пластичностью, не заполняет заданного профиля в торцовой части.
Необходимо снижать влажность смеси на 1—1,5%, чтобы получить
хорошее заполнение торцов.
После окончания профилирования скребок снимают с домкратов
и удаляют из формы. Оставшаяся в форме избыточная смесь должна
быть удалена перед накаткой. Наиболее простым способом удаления
избыточной смеси является выгребание его вручную с последующей
продувкой формы воздухом. Ограничиться одним выдуванием формы
нельзя, так как уплотненные пленки, образовавшиеся в избыточной
смеси, остаются при этом в форме. Очищенная форма имеет шерохова-
тую поверхность и поэтому непригодна для заливки. Накатку формы
производят фасонным роликом. Для этой цели ролик вводится в форму
и укладывается на домкраты.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРОВЫХ ГИЛЬЗ БОЛЬШОГО РАЗМЕРА 137
При накатке изложнице сообщается вращение, во время которого
ролик опускают до получения требуемого размера формы. Для облег-
чения этой операции устанавливают регулируемый упор, до него опу-
скается домкрат. Упор устанавливают следующим образом: сначала
совмещают ось накатного ролика с осью изложницы и отмечают
положение ролика по указателю, затем от полученного значения отни-
мают величину, равную Кформы— гролика. Найденное значение показы-
вает, до какого деления по указателю должен быть опущен ролик.
Однако фактические размеры
формы не всегда соответствуют
расчетным из-за прогиба оси на-
катного ролика под действием на-
грузки на ролик порядка 10 кгс на
1 см длины.
Уплотнение, получаемое формой
в результате накатки, отражается
главным образом на поверхностном
слое, который получается твердым.
Фактическая степень уплотне-
ния разных участков форм при на-
катке по данным завода «Двига-
Рис. 105. Накатанная форма для литья
тель революции» приведена в гильз
табл. 24.
Степень уплотнения накаткой составляет 5—7,5%. Данные табл. 24
можно использовать для расчета размеров скребков. Профилирование и
накатку производили при наименьшей скорости вращения 326 об!мин.
Таблица 24
Степень уплотнения различных участков форм при накатке
Параметры процессов профилирования и накатки формы Участки формы (рис. 105)
1 2 3 4 5
Диаметр формы в мм: после профилирования . . . 188 286 256 246 268
после иакаткн 200 290 265 255 275
Площадь поперечного сечения фор- мы в см2: после накатки 741 376 504 543 454
после профилирования .... 709 358 468 508 426
Степень уплотнения * 1,05 1,05 1,075 1,07 1,06
* Отношение площадей сечення формы после профилирования и накатки.
Высокие скорости при профилировании, как показал опыт, нежела-
тельны, так как вследствие большого трения скребка о смесь происходит
более быстрый износ скребка, а также сильный нагрев скребка и смеси.
Состав облицовочной смеси для накатки в %: 49,5 песка К0315Б;
1 огнеупорной молотой глины; 49,5 отработанной смеси; 7 жидкого
стекла; до 1,4 едкого натра. Свойства смеси: предел прочности при
сжатии по-сырому 0,15—0,45 кгс!см2\ предел прочности при растяжении
по-сухому 12—15 кгс/см2\ влажность 3,5—4,5%; газопроницаемость 100.
138
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
валиваемого металла и режим
Рис. 106. Схема подачи металла
Накатанные формы сушатся в течение 4 ч при 200—220° С. Иногда
производят поверхностную подсушку форм газом в течение 5—10 мин.
Сухие формы покрывают графито-бентонитовой краской.
Заливка. Формы на центробежной машине заливают через опреде-
ленный промежуток времени, зависящий главным образом от продолжи-
тельности охлаждения отливки. Цилиндровые гильзы средних размеров
охлаждаются в течение 10—20 мин, а крупных размеров — в течение
30—40 мин. На продолжительность охлаждения влияют температура
охлаждения. Такой ритм работы
центробежной машины требует пе-
риодической выдачи металла и ие
всегда увязывается с работой ва-
гранки.
Если в цехе установлены всего
1—2 центробежные машины, то для
металла специального состава целе-
сообразно иметь промежуточную
печь. В нее подают чугун обычного
состава из вагранки, вводят леги-
рующие добавки и выдают необхо-
димые порции металла по мере на-
добности. В настоящее время на
заводе «Двигатель революции»
(г. Горький) установлено несколько
центробежных машин, и металл спе-
циального состава подается к ним
непосредственно из вагранки. Ме-
талл заливают из мерных ковшей.
Перед заливкой чугуи в ковше мо-
дифицируют 0,2—0,3% ферросили-
ция Си 75 и выдерживают около
3 мин.
Для заливки металла в форму были опробованы желоба с прямым
и боковым сливом. Нанлучшие результаты были получены прн боковом
сливе металла. При этом должна соблюдаться увязка между направле-
ниями скорости падающей струи и скорости вращения формы в точке
падения металла. Наилучшим случаем считают полное совпадение
направлений обеих скоростей. Одиако это практически недостижимо,
в результате следует стремиться к тому, чтобы угол, составленный век-
торами указанных скоростей, был по возможности меньше (рис. 106, а).
Прн этом металл быстрее увлекается формой и дает спокойное
заполнение ее н малое количество брызг. Отметим, что количество
брызг зависит также и от линейной скорости формы. Заливка цилиндро-
вой гильзы на заводе «Двигатель революции» при 520 об/мин
(v = 7,5 м/сек) происходила совершенно спокойно, в то время как
заливка прн 650 об/мин (v — 9,3 м/сек) давала большое количество
брызг. Режим заливки приведен в табл. 25.
Скорость залнвкн определяется диаметром отверстия в чаше, через
которое металл попадает в желоб. Продолжительность заливки ци-
линдровой гильзы 15—30 сек, средняя скорость нарастания тол шины
стенки гильзы составила 1,3 мм/сек.
Место подвода металла в форму существенно влияет на характер
охлаждения и иа качество центробежной отливки. Наблюдения пока-
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРОВЫХ ГИЛЬЗ БОЛЬШОГО РАЗМЕРА 139
зали, что наиболее горячим местом в отливке является средняя часть.
Она чаще всего поражена усадочными раковинами. Части, расположен-
ные ближе к крышкам, остывают быстрее. Поэтому неправильно
подводить металл в середину, так как это еще более замедлит охла-
ждение средней части отливки.
Таблица 25
Параметры центробежного литья гильз
Параметры Прн заливке После заливки
Скорость вращения формы в об/мин 455—520 650
Гравитационный коэффициент при внутреннем диаметре 200 мм 23.4—30,6 47,6
Линейная скорость (диаметр 200 мм) в м/сек 7.8—5,45 6.8
Давление (наибольший диаметр 290 мм) в кгс/см2 . . . . — 1,82
Исходя из этих соображений подвод металла был сделан у края
отливки. При решении вопроса, у какого края делать подвод металла,
приходится учитывать профиль отливки. Поскольку гильзы имеют кони-
ческую форму, металл целесообразнее подводить со стороны большого
диаметра (основания конуса), так как в этом случае происходит посте-
пенное покрывание металлом поверхности формы (рис. 106,6).
При подаче по малому диаметру металл попадает как бы на наклон-
ную плоскость и растекается по ней. Такое «размазывание» металла
на большой поверхности может привести к образованию спаев.
Наиболее радикальным способом борьбы с попаданием шлака в
форму является удаление шлака с поверхности металла в ковше еще до
начала заливки. Полезно также несколько сгущать шлак, так как густой
шлак обычно застревает в отверстии литниковой чаши в то время, как
жидкий свободно протекает через него.
Было опробовано несколько режимов охлаждения отливки — уско-
ренный с обдувкой воздухом, замедленный с установкой экрана близ
передней крышки и естественный. Продолжительность затвердевания
была соответственно 8—10; 20—25 и 15—17 мин. В дальнейшем было
принято естественное охлаждение.
Для выбивки отливок изложницу без крышки подвешивают на
вибратор.
Влияние технологических факторов на качество дизельных гильз.
В производственных условиях сложно проводить эксперименты по опре-
делению влияния каждого из многочисленных технологических факто-
ров, поскольку каждый из них действует не в одиночку, а в различном
сочетании с другими. Поэтому наиболее достоверный анализ опытных
данных может быть получен группировкой отливок по нескольким
сочетаниям технологических факторов. Эти сочетания можно выбрать
после накопления известного опыта, который подсказывает, какие из
факторов следует считать наиболее существенными. В качестве примера
такого анализа опытных данных приведена табл. 26, составленная при
освоении центробежного литья дизельных гильз на заводе «Двигатель
революции».
По данным табл. 26 условиями получения годных отливок являются:
1) припуск на внутренней поверхности гильзы более 12 мм;
2) пониженное содержание стали в шихте;
3) содержание углерода от 3,1 до 3,3% и кремния 1,9—1,7%.
140___________________,_______________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
Данные освоения центробежного литья гильз
Таблица 26
№ сочетания Технологические параметры Число гильз Число годных гильз Число годных отливок В %
1 Припуск >10 мм: С + Si > 4,8%; 30% ста- ли в шихте. Замедленное охлаждение 6 4 66,6
2 Припуск >10 мм: С + Si < 4,8%; 30% ста- ли в шихте. Замедленное охлаждение 5 1 20
3 Припуск < 10 мм: С + Si < 4,8%. Ускорен- ное охлаждение 5 0 0
4 Припуск < 10 мм: С + Si < 4,8%. Ускорен- ное охлаждение 9 1 11,1
5 Припуск > 10 мм: С -г Si > 4,8% 22 19 86,3
6 Припуск > 10 мм: С > 3,1% 22 17 77,2
7 Припуск > 12 мм. Пониженное содержание стали в шихте; С > 3,0% 20 18 90
Дальнейшая практика центробежного литья дизельных гильз под-
твердила эти выводы. При этих условиях литейный брак дизельных
гильз на заводе «Двигатель революции» не превышает 5%.
Виды брака. Основным видом брака являются раковины усадочного
происхождения. Наиболее обманчивы одиночные раковины, которые
очень легко можно принять за песчинки (включения смеси). Однако*
рассмотрение их под микроскопом с увеличением в 40—60 раз показы-
вает, что и эти одиночные раковины имеют усадочное происхождение.
В отдельных отливках обнаруживается точечная пористость, т. е.
отдельные раковины диаметром около 0,1—0,2 мм, также усадочного*
происхождения.
Существенное влияние на образование усадочной зоны оказывает
усадка заливаемого металла. Чугун с большим содержанием стали в
шихте (30%) всегда имеет брак по усадочным рыхлотам. Снижение
содержания стали в шихте и повышение содержания углерода и крем-
ния в составе чугуна являются важными мероприятиями по уменьшению
усадочной пористости. При этом брак отливок резко снижается, ибо
после удаления усадочной зоны начинается зона совершенно здорового
металла. Некоторое увеличение механической обработки (требуется!
добавочный проход при обдирке изнутри) целиком компенсируется рез-
ким снижением брака и затрат на его механическую обработку.
Кратко остановимся на остальных видах брака. Газовые раковины
и включения смеси не встречались ни в одной отливке. Пригар на
наружной поверхности отливок появлялся при литье в сырые формы из
крупного песка и при слабой накатке, особенно переходных галтелей.
Подутие отливок происходило при слабо накатанной сырой форме;
ужимины появлялись при чрезмерно твердой накатке сырой формы,
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРОВЫХ ГИЛЬЗ БОЛЬШОГО РАЗМЕРА 141
потеки — в случае неправильной окраски сухой формы, когда сама
краска, наносимая толстым слоем по сильно нагретой форме, давала
потеки.
На внутренней поверхности обработанных гильз иногда имеется
рисунок в виде причудливых «разводов». Предполагают, что причиной
этого является оседание сажи и золы на рабочей поверхности формы
во время ее сушки. Замечено, что «разводы» чаще появляются при
вибрации изложницы, низкой температуре металла и медленном залив-
ке. Признаком брака они не являются. Данное явление устраняется
Рис. 107. Структура графита отливки цилиндра:
а — у наружной поверхности; б — у внутренней поверхности (нетравлено; X 100)
тщательной очисткой (продувкой) внутренней поверхности формы после
«сушки.
Свойства отливок. Макроструктура центробежных отливок имеет зо-
нальный характер. На серных отпечатках по Бауману обнаруживается
.полосчатость, в то время как в отливках, полученных в разовых формах,
она отсутствует.
Структуры графита у внутренней и наружной поверхностей зоны
сильно отличаются, что можно объяснить различными условиями
охлаждения (рис. 107).
Наилучшей износостойкостью обладали цилиндровые гильзы, имею-
щие следующую структуру: графит среднепластинчатый, металлическая
основа — перлит. При неудовлетворительной структуре, например когда
цилиндры имели мартенситную структуру, а кольца — сорбитную, на-
блюдался быстрый износ гильз и колец.
Таблица 27 £
Свойства металла дизельных гильз
Способ лнтья Твердость поверх- ности НВ Предел прочности прн разрыве в кгс!мм1 Зоны Состав металла по зонам в %
наружной внутренней С Si Мп Р S Сг Мо
В неподвижные формы 241 241 28,2 29,6 30,3 Наружная Средняя Внутренняя 3,26 3,26 3,20 1,62 1,62 1,62 0,94 0,93 0,90 0,12 0,12 0,12 0,048 0,049 0,051 0,34 0,34 0,36 0,72 0,71 0,72
Центробежный 241 241 33,1 18,0 (раковина) 25,6 Наружная Средняя Внутренняя 3,16 3,12 3,16 1,56 1,54 1,52 0,92 0,92 0,87 0,12 0,12 0,12 0,033 0,037 0,048 0,34 0,36 0,36 0,65 0,71 0.72
В неподвижные формы 252 232,6 33,8 33,8 32,9 Наружная Средняя Внутренняя 3,21 3,21 3,21 1,58 1,62 1,60 0,90 0,96 0,95 0.13 0.12 0,11 0,045 0,045 0,045 0.34 0,36 0,34 0,71 0.62 0,66
Центробежный 270 197 33,6 33,8 31,3 Наружная Средняя Внутренняя 3,34 3,16 3,16 1,54 1,58 1,52 0,87 0,90 0,87 0,12 0.12 0,12 0,025 0,034 0,048 0,36 0,34 0,36 0,71 0,72 0,71
В неподвижные формы 241 241 33,3 33,7 Наружная Средняя Внутренняя 3,23 3,20 3,20 1,62 1,60 1,62 0,94 0,94 0,94 0.12 0,13 0,11 0,045 0,046 0,045 0,32 0,34 0,36 0,68 0,66 0,66
Центробежный 229 201 32,2 35,4 33,2 Наружная Средняя Внутренняя 3,21 3,20 3.05 1,54 1,56 1,58 0,87 0,92 0,97 0,11 0,09 0,10 0,031 0,046 0,154 0,34 0,37 0,34 0,60 0,66 0,63
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЦИЛИНДРОВЫХ ГИЛЬЗ БОЛЬШОГО РАЗМЕРА 1 4&
Сравнительные исследования свойств металла дизельных гильз,
полученных в неподвижных формах и центробежным способом, показы-
вают следующее (табл. 27):
а) у центробежной отливки заметно ликвирует сера;
б) существенной разницы между пределами прочности отливок,,
полученных центробежным способом и в неподвижных формах, не на-
блюдается;
в) твердость наружной зоны центробежной отливки несколько выше,
чем внутренней.
Были проведены испытания на износостойкость цилиндровых гильз
и поршневых колец (табл. 28) дизеля мощностью 450 л. с. Продолжи-
тельность испытаний 1146 ч.
Таблица 28
Состав и свойства чугуна цилиндровых гильз и поршневых колец
Отливка Состав чугуна в % Структура Свойства
С SI S Сг Ni
Цилиндровые гильзы 3,2— 3,4 1.2— 1.45 0,05— 0,06 0,15— 0,28 0,27— 0,32 Перлит, графит с ред неп л а стинч а- тый ав=27ч-32 кгс/мм2г НВ 200—240
Поршневые кольца 3.0- з.з 1,5— 1.7 0.8— 1,2Мп 0,1 0,4— 0,6Р 0.2— 0,3 0,2— 0,5 Перлит, фосфидная эвтектика, гра- фит мелко- и сре- днепла стиичатый HRB 99—103
Покрытие пористым хромом двух верхних поршневых колец резко
повышает износостойкость цилиндра и колец, полученных центробежным
способом (табл. 29).
Таблица 29
Износостойкость дизельных цилиндровых гильз и поршневых колец
№ ци- линдра Цилиндровые гильзы Поршневые кольца
Способ литья Износ верх- него пояса в мм Средний износ в мм Покрытие Средний ИЗНОС В ММ Примечание
1 В неподвижные формы 0,05 0,04 Два верхних коль- ца хромированы 0.05 Кольца изготов- ляли центробеж-
2 То же 0,07 0,05 То же 0,04 ным способом
3 » 0,14 0,07 Без покрытия 0,15 в металлической
4 Центробежный 0,02 0.01 Два верхних коль- ца хромированы 0,02 изложнице с теплоизоли-
5 » 0,03 0.02 То же 0,02 рующим покры-
6 » 0,11 0.07 Без покрытия 0,16 тием
Технико-экономические показатели. Центробежное литье дизельных
цилиндровых гильз дает существенную экономию:
1) по данным завода «Двигатель революции» формовка методом
накатки в 2 раза снижает трудозатраты по сравнению с обычной
формовкой;
144_____________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ФАСОННЫХ ВТУЛОК
2) расход металла на одну гильзу снижается за счет отсутствия
прибылей, литников и сокращения припусков на обработку по наружной
поверхности;
3) увеличение обработки центробежных отливок по внутреннему
диаметру (вследствие больших припусков) частично компенсируется
уменьшением обработки по наружной поверхности, так как в центробеж-
ных отливках участок между поясками не обрабатывается;
4) резкое снижение брака и связанных с этим затрат на отливку
и механическую обработку.
На заводе «Двигатель революции», который применяет данную тех-
нологию более 20 лет, ежегодный экономический эффект составляет
57 тыс. руб.
ГЛАВА VIII
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
ЧУГУННЫХ ТРУБ
Технико-экономические преимущества центробежного литья чугун-
ных труб по сравнению с литьем в неподвижные формы являются обще-
признанными, и в ряде стран центробежный способ вытеснил все ос-
тальные.
Центробежное литье способствует уменьшению толщины стенок труб,
сокращению брака, снижению себестоимости, улучшает условия труда.
Среди изделий, получаемых центробежным способом, чугунные
трубы занимают первое место и составляют значительную долю в об-
щем объеме чугунного литья.
В СССР огромное развитие городов, жилищного и коммунального
хозяйства, нефтегазовой, химической и других отраслей промышленно-
сти предъявляет непрерывно возрастающий спрос на трубы.
Суммарная годовая потребность в чугунных трубах может быть оце-
нена ориентировочно в 1,5—1,8 млн. т. Обычно выпуск канализацион-
ных труб составляет 25% общего выпуска труб.
Канализационные трубы получают исключительно центробежным
способом. Водопроводные трубы диаметром до 300 мм (примерно 80%
всего выпуска по массе и 95—96% по метражу) также наиболее целе-
сообразно получать центробежным способом. Эти обстоятельства обус-
ловливают устойчивый, массовый масштаб производства центробежно-
литых труб на узкоспециализированных машинах и установках высокой
производительности. Перспективным является применение для напор-
ных труб высокопрочного чугуна. Повышенная прочность и пластич-
ность этого чугуна, его хорошая свариваемость открывают возможность
экономии металла за счет уменьшения толщины стенок труб, упроще-
ния соединения труб и монтажа трубопроводов по аналогии со стальны-
ми трубопроводами. Это, в свою очередь, позволит применять чугунные
трубы для строительства магистральных нефте- и газопроводов, что обе-
щает дать значительный экономический эффект в результате снижения
стоимости и увеличения коррозионной стойкости.
ТРУБЫ НАПОРНЫЕ, КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ,
ДВУФЛАНЦЕВЫЕ, СОДОВЫЕ
Напорные трубы (рис 108) применяют главным образом для водо-
провода.
1 46 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
По ГОСТу 9583—61 предусмотрено деление труб на три класса
(табл. 30), дифференцированное испытание труб в зависимости от мето-
да изготовления и размеров (табл. 31), увеличение длины труб.
Таблица 30
Размеры и масса раструбных водопроводных труб 1 по ГОСТу 9583—61
Do (условный проход) В JWJW Класс ЛА Класс А Класс Б
DH в мм L в м в мм Масса (без рас- труба) в кг в мм L в м Масса (без рас- труба) в кг в мм L в м Масса (без рас- труба) в кг
50 66 2—3 6,7 9,0 7,4 2—3 9,9 8,0 2—3 10,6
80 98 3—6 7,2 14,9 7,9 3—6 16,2 8,6 3—6 17,5
100 118 3 g 7,5 18,9 8,3 3—6 20,8 9,0 3—6 22,3
125 144 3—6 7,9 24,5 8,7 3—6 26,8 9.5 3—6 29,1
150 170 3—6 8,3 30,5 9,2 3—6 33,7 10,0 3—6 36,4
200 222 4—6 9,2 44,6 10,1 4—6 48,8 11,0 4—6 52,9
250 274 4—6 10,0 60,1 11,0 4—6 65,9 12,0 4—6 71,6
300 326 4—6 10,8 77.6 11,9 4—6 85,2 13,0 4—6 92,7
350 378 4—6 11,7 97,6 12,8 4—6 106.5 14,0 4—6 116,1
400 429 4—6 12,5 118,5 13,8 4—6 130,5 15,0 4—6 141,4
450 480 4—6 13,4 143,2 14,7 4—6 157,0 16,0 4—6 169,1
500 532 4—6 14,2 167,5 15,6 4—6 183,5 17,0 4—6 199,4
600 635 4—6 15,8 222,9 17,4 4—6 244,8 19,0 4—6 266,6
700 738 4—6 17,5 287,2 19,3 4—6 316,0 21,0 4—6 342,9
800 842 4—7 19,2 359,8 21,1 4—7 394,6 23,0 4—7 429,0
900 945 4—7 20,8 437,8 22,9 4—7 480,9 25,0 4—7 523,9
1000 1048 4—7 22,5 525,6 24,8 4—7 578,0 27,0 4—7 627,9
1200 1256 4—7 25,8 722,5 28,4 4—7 793,7 31,0 4—7 864.5
1 Допускаемые отклонения: пс > длине ± 20 мм, по наружному диаметру ±(4,5 ± 0,0015De) мм;
по массе 5%.
Механические испытания центробежнолитых труб
Таблица 31
Форма £)в в мм Вид испытания Минимальный предел прочности
Металлическая До 300 На изгиб кольцевых образцов aW3=40 кгс!мм?
Металлическая От 300 до 600 На растяжение цилин- дрических образцов ов=20 кгс!мм?
Металлическая с песчаным покрытием Металлическая Свыше 300 Свыше 600 0^=18 кгс]мм?
Кроме того, трубы испытывают гидравлическим давлением
(табл. 32).
Канализационные трубы (рис. 109). Размеры и масса изготовляемых
в СССР канализационных труб даны в табл. 33.
Согласно ГОСТу 6942.0—69 трубы подразделяют на два класса.
Трубы класса А испытывают на герметичность при давлении 1 кгс/см2
ТРУБЫ НАПОРНЫЕ, КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ, ДВУФЛАНЦЕВЫЕ, СОДОВЫЕ 1 47
Рис. 108. Напорные трубы водопроводные
Таблица 32
Давление в кгс! см2 при
гидравлическом испытании труб
Рис. 109. Канализационные трубы
Do в мм Класс труб
ЛА | А1 Б
До 300 включительно 25 35 40
Свыше 300 до 600 включительно . . . 20 30 35
Свыше 600 до 1200 включительно . . . 20 25 30
Таблица 33
Размеры 1 (в мм) и масса канализационных труб по ГОСТу 6942.3—69
Dy в мм Масса в кг Dt £>4 1 а b
50 11.0 65 72 82 92 4,0 5.0 60 13 8
100 25,0 118 123 134 147 4,5 5,0 70 14 10
150 1 Стро: 40.0 нтельная дл 168 ина 2000 jm. 176 И. 188 202 5.0 6,0 75 15 12
Таблица 34
Размеры (в мм) и масса содовых труб (рис. 110)
Обозначе- ние трубы d Dt Dt 1 L Масса номиналь- ная в кг
50X65 сч | со -н 3 76±3 бб±-7 О 4 75±? 65±2 „ 10 75±т 20 3160±— 5 32
70X92 2 70±- Ю4±3 93±у 103±4 92±2 8°±Т О 20 3160±- 64
80x100 2 80±— О 2 "’±Т Ю1±у 4 Н2±- О 100±2 10 70±- э 3160±— 10 65
1 48__________________-___________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
до нанесения антикоррозионного покрытия, а трубы класса Б — после
нанесения покрытия.
Содовые трубы (рис. 110, табл. 34). Эти трубы предназначены для
химической промышленности. Изготовляют их из чугуна, легированного
никелем (^0,5%).
Содовые трубы испытывают на герметичность при давлении 8 кгс!см2.
Наибольшая твердость наружной поверхности НВ 230.
Рис. НО. Содовые трубы
Двухфланцевые трубы для химической
промышленности (рис. 111) испытывают на
герметичность при давлении до 40 кгс!см2.
190+2
Рис. 111. Двухфлан-
цевая труба
ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИИ
ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ
В настоящее время применяются три тех-
нологических процесса центробежного литья
труб:
1) в металлическую водоохлаждаемую из-
ложницу без покрытия;
2) в песчаную форму (сухую или сы-
рую);
3) в металлическую изложницу, покрытую тонким слоем теплоизоля-
ционного материала.
Каждый из этих процессов имеет свои достоинства и недостатки и
свою область применения.
Первым был разработан способ литья труб в металлические водоох-
лаждаемые изложницы (способ де Лаво). Он и до сих пор имеет наи-
большее распространение в труболитейном производстве. Было пред-
принято много попыток усовершенствовать этот способ, но устранить
образование отбела в отливках не удалось.
В 20-х годах начали применять способ центробежного литья труб в
песчано-глинистые формы, который позволяет не только предупредить
отбел в трубах, но и решает проблему долговечности изложниц. С тех
пор уже многие годы продолжается параллельное применение песчано-
глинистых и металлических форм. Ни один из этих видов технологии
центробежного литья труб не имеет, по-видимому, решающих технико-
экономических преимуществ. В США существуют два стандарта на во-
допроводные трубы, получаемые центробежным литьем как в металли-
ческих, так и песчано-глинистых формах.
ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ ТРУБ 149
Недавно в ряде стран начали применять изложницы, покрытые тон-
ким теплоизолирующим слоем. В качестве покрытий применяют различ-
ные составы, в том числе термореактивные смеси.
Литье в металлическую водоохлаждаемую изложницу. При литье
в металлическую интенсивно охлаждаемую изложницу (без покрытия)
металл затвердевает быстро, почти не перемещаясь вдоль изложницы.
Поэтому распределение его производится при взаимном перемещении
изложницы и желоба. Стекающий с желоба металл как бы навивается
спиральной лентой на изложнице и тут же затвердевает, не образуя
сплошной жидкой массы по всей длине трубы (рис. 112). Машину и же-
лоб устанавливают с небольшим наклоном (для лучшего стекания ме-
талла по желобу). Толщина стенки трубы зависит только от скорости
заливки металла и скорости движения изложницы относительно желоба.
Рис. 112. Схема затвердевания трубы при литье в метал-
лические интенсивно охлаждаемые изложницы (S — по-
дача желоба на один оборот изложницы)
Преимущества литья труб в металлические водоохлаждаемые излож-
ницы весьма существенны:
1. Процесс формирования отливки из-за быстрого затвердевания ме-
талла требует минимального времени.
2. Многие операции технологического процесса механизированы и
автоматизированы, что обеспечивает высокую производительность
труда.
3. Удобство и легкость обслуживания машины и незначительное за-
грязнение цеховой атмосферы создают благоприятные условия труда.
4. Объем вспомогательных материалов при литье труб незначитель-
ный; цеховой транспорт загружен в основном перемещением жидкого
металла и отливок.
5. Технико-экономические показатели данного процесса обеспечива-
ют его рентабельность при массовом литье.
К числу недостатков этой технологии относятся следующие:
1. В металлической изложнице можно получать трубы только с од-
ним раструбом или фланцем.
2. Трубы имеют отбел и значительные внутренние напряжения и по-
этому должны подвергаться отжигу.
3. Металлические изложницы обладают низкой стойкостью вследст-
вие сильного теплового и химического воздействия заливаемого металла.
Изложницы стоят дорого, так как изготовляются из легированной ста-
ли, содержащей ценные компоненты, и проходят тщательную механиче
скую обработку.
150.-----------------------------------„ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
4. Литье труб большого диаметра невыгодно ввиду особенно резкого
снижения стойкости изложниц.
5. Литье труб небольших диаметров затруднено из-за малой жест-
кости длинного желоба, вводимого в изложницу.
6. Переход с литья одного типоразмера трубы на другой требует
значительной затраты времени.
Центробежное литье труб в песчано-глинистую форму. До сих пор
наибольшее распространение имело литье труб в сухие песчано-глинис-
тые формы (этот способ известен как способ Мура пли «Сенд Спун»).
В последнее время освоено центробежное литье труб и в сырые песчано-
глинистые формы. В связи с освоением этого процесса разработан но-
вый производительный метод шнековой формовки.
Заливаемый коротким желобом металл распределяется в форме под
действием центробежных сил. Для получения правильной цилиндриче-
ской внутренней поверхности трубы ось вращения во время затвердева-
ния должна быть расположена горизонтально.
Недостатки литья труб в песчано-глинистые формы:
1. Формирование отливки происходит медленно, что снижает произ-
водительность машин.
2. В обороте необходимо иметь значительное число роторов.
3. Изготовление песчано-глинистой формы требует специального
смесеприготовительного, формовочного, сушильного и очистного обору-
дования с обслуживающим персоналом и значительными площадями.
4. Резко увеличивается объем вспомогательных материалов; транс-
портировка их требует большого числа цеховых транспортных и склад-
ских устройств.
5. Для обеспечения хороших санитарных условий необходима мощ-
ная вентиляционная система.
Центробежное литье труб в металлические изложницы с покрытием.
Этот способ по скорости охлаждения металла занимает промежуточное
место между литьем в металлические (без покрытия) и литьем в пес-
чано-глинистые формы.
Данный технологический процесс имеет ряд особенностей, свойствен-
ных центробежному литью в песчано-глинистые формы: отливки можно
получать без отбела, возможна поточная организация производства, от-
сутствует проблема долговечности (стойкости) изложниц и т. д. В то же
время трудоемкость и расход материалов на приготовление и нанесение
на изложницу тонкого слоя теплоизолирующего материала не идут ни в
какое сравнение с этими показателями при изготовлении песчано-гли-
нистых форм.
Поточные установки для центробежного литья в изложницы с тонким
слоем теплоизолирующего материала широко применяют в производст-
ве канализационных труб. Попытки перенести те же методы на литье
водопроводных труб (ВНИТП, ГИПРОМЕЗ) не дали положительных
результатов.
Однако было бы неправильно делать отсюда вывод, что эта техноло-
гия вообще неприемлема для литья водопроводных труб. Об этом сви-
детельствует, в частности, успешное литье данным способом водопро-
водных труб крупных диаметров из высокопрочного чугуна [123, 127].
В СССР применяют все три вида центробежного литья труб:
1. Литье в металлические водоохлаждаемые формы охватывает мас-
совое производство водопроводных труб диаметром от 80 до 350 мм,
которые составляют основную массу всех выпускаемых в стране чугун-
С ВО ЙСТ ВА ЦЕНТ РОБЕЖН Ы X Т РУБ 151
вых труб. Этим способом в настоящее время успешно освоена отливка
труб длиной 6 м. Кроме того, этим способом получают однораструбные
содовые трубы для химической промышленности.
2. Литье в металлические изложницы с теплоизолирующим покры-
тием охватывает канализационные трубы всех размеров, которые зани-
мают второе место в общем выпуске чугунных труб.
3. Область литья в песчано-глинистые формы значительно меньше.
Этим способом получают только водопроводные трубы диаметром
50 мм, содовые трубы и двухфланцевые конденсаторные трубы диамет-
ром 100 мм и длиной 3 м.
В настоящее время проводятся работы по литью водопроводных
труб диаметром 50 мм в металлические водоохлаждаемые изложницы.
Двухфланцевые трубы, как показывает совместная работа Макеевского
труболитейного завода с Институтом электросварки АН УССР, можно
изготовлять с помощью центробежного литья однофланцевых патруб-
ков в металлические изложницы с последующей сваркой [107].
По-видимому, в дальнейшем центробежное литье труб в песчано-гли-
нистые формы будет постепенно вытеснено литьем в металлические
формы.
СВОЙСТВА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ТРУБ
Некоторые составы обычного серого чугуна из практики труболи-
тейного производства приведены в табл. 35.
Таблица 35
Состав чугуна для лнтья труб в %
Трубы Диаметр труб в мм С Si Мп р S Центробежное литье
Каиализапи- онные 100 3,2—3,6 2,4— 2,8 0.6—0,8 0,8 0,07 В металлические изложницы с пок- рытием
Водопровод- ные 200—300 3,4—3,8 2,2— 2,6 0,6—0,9 0,3— 0,5 <0.1 В металлические изложницы без покрытия
Конденса- торные 100 3,4—3,5 1,62— 2,09 0,36— 0,67 0,28— 0,40 0,05— 0,076 В сырые песчано- глинистые формы
Содовые тру- бы1 — 1,8— 2,2 <0,9 <0,3 <0,12 ~0,5Ni
Водопровод- ные 100—150 3,3 2,2— 2,3 0,5—0,6 0,7— 0,8 0,07— 0,08 В сухие песчано- глинистые формы
200—300 3,3—3,4 1,9— 2,0 0.5—0,6 0,7— 0.8 0,07— 0,08
1 Содержание С не оговорено.
152_____________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
При выборе состава чугуна для литья труб в металлические излож-
ницы необходимо учитывать целый комплекс требований. Главные тре-
бования к чугуну следующие:
L Низкая склонность к отбелу.
2. Хорошая жидкотекучесть, что особенно важно при литье тонко-
стенных труб.
3. Малая продолжительность отжига.
4. Оптимальные механические свойства и, в частности, отсутствие
красноломкости.
Для снижения склонности к отбеливанию необходимо повышать со-
держание кремния и снижать содержание серы в чугуне.
Повышение содержания кремния с 1,8 до 2,4% в обычном чугуне,
уменьшает глубину отбела в трубах от 5 до 1,5 мм и позволяет сокра-
тить продолжительность отжига: при 850° С с 80 до 30 мин и при 930° С
с 20 до 10 мин [32].
Вредное влияние серы сказывается не только на отбеливании. Сера
снижает жидкотекучесть и сообщает чугуну красноломкость, что приво-
дит к браку по трещинам. Поэтому содержание серы не должно превы-
шать 0,07—0,08%. Повышение содержания фосфора в чугуне, согласно
проведенным исследованиям, снижает механические свойства отливок,
вызывает хрупкость. Оптимальное содержание фосфора 0,5—0,6%. Мар-
ганец, связывая серу, положительно влияет на свойства чугуна. При
повышении содержания марганца сверх 0,5—0,8% усиливается способ-
ность чугуна к отбеливанию. В обычном чугуне содержание легирую-
щих элементов до 0,3% заметно не влияет на структуру труб.
Высокопрочный чугун обладает повышенной склонностью к отбели-
ванию и требует более сложной термической обработки. По данным
исследований применение высокопрочного чугуна для центробежного
литья труб позволит значительно снизить толщину стенок. Например,
толщина стенки труб диаметром 300 мм может быть уменьшена с 11,9
до 8,0 мм без снижения эксплуатационных свойств, что дает экономию
I р. 59 к. на 1 м (по сравнению с трубой класса А из обычного чугуна)
[32].
Методы испытания труб (рис. 113). Напорные трубы испытывают на
кольцевую прочность. Модуль кольцевой прочности трубы 7? рассчиты-
вают по формуле
n ЗР(Р-з)
nbs2 ’
где Р — разрушающая нагрузка в кгс\
D — наружный диаметр образца в мм\
s — толщина стенки трубы в мм\
b — ширина кольца в мм (обычно 20—25 мм).
Опыт показал, что модуль кольцевой прочности снижается пропор-
ционально увеличению толщины стенки трубы и, следовательно, он не
вполне достоверно отражает механические свойства труб.
Свойства напорных труб диаметром 200—250 и 300 мм, полученных
тремя способами — центробежным в интенсивно охлаждаемые металли-
ческие изложницы, обычным в песчано-глинистые формы и непрерыв-
ным, приведены в табл. 36.
Специальные испытания показывают, что наибольшей механической
прочностью обладает наружный слой трубы (46,8 кгс!мм2). Это под-
тверждается и металлографическим исследованием. Напряжения в тру-
СВОЙСТВА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ТРУБ 153
бе диаметром 400 мм в литом состоянии и при различных режимах от-
жига приведены на рис. 114. Состав металла трубы в %: 3,32 С;
2,06 Si; 0,46 Мп; 0,16 Р; 0,08 S.
В наружной зоне после отжига преобладает ферритная структура, в
средней и внутренней — перлито-ферритная. Химическая неоднород-
ность (ликвация) при литье в изложницу совершенно не проявляется.
Графит в наружной зоне мелкий, образовавшийся в результате распада
Рис. 113. Методы испытаний труб:
а, б — на герметичность давлением соответственно внутренним
и наружным до разрушения; в — на изгиб трубы; г — на из-
гиб вырезанных полос; д — иа поперечное сжатие; е — на по-
перечное растяжение кольцевого образца; ж — на сжатие по-
ловины трубы; з — на растяжение образцов; и — иа продоль-
ное сжатие
Таблица 36
Характеристика напорных труб
Параметры При литье Требования ГОСТа 9583—61
центробежном обычном непрерывном
Средняя коль- цевая прочность в кгс/мм2 48,8 27—30 38—42 40
Твердость НВ 187—210 180—192 210—230 Не более 230
Поверхность Гладкая, очень редкие на внут- ренней поверхно- сти шлаковые зер- на Шероховатая, на наружной и внутренней поверх- ностях пригар Наружная и внутренняя глад- кая, иногда быва- ют неслитины Должна быть глад- кой без де- фектов
Общая кривиз- на трубы в мм До 5 В пределах требований ГОСТа До 12,5
154_______________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
отбеленного слоя при отжиге. В средней зоне преобладает графит пере-
охлаждения, расположенный по границам дендритов.
В трубах, полученных центробежным способом в песчано-глинис-
тых формах, графит получается среднепластинчатый.
жения;
тангенциальные напряжения
ИЗГОТОВЛЕНИЕ НАПОРНЫХ ТРУБ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ,
ИНТЕНСИВНО ОХЛАЖДАЕМЫХ ИЗЛОЖНИЦАХ 1
Конструктивные схемы труболитейных машин. Существуют две ос-
новные конструктивные схемы труболитейных машин: по первой схеме
желоб перемещается относительно изложницы, труба удаляется клеща-
ми (рис. 115); по второй схеме подвижной является изложница, в то
время как желоб и клещи остаются неподвижными (рис. 116). Преиму-
щество первой схемы заключается в том, что быстровращающаяся из-
ложница, могущая быть источником вибрации, имеет неподвижную
опорную конструкцию, закрепляемую жестко на фундаменте.
Недостатки этой схемы машины следующие:
1. Длина машины примерно в полтора раза больше, чем машины с
подвижной изложницей.
2. Вместо привода для передвижения изложницы требуются два при-
вода — для желоба и для клещей.
3. При передвижении длинного желоба, обладающего малой жест-
костью и входящего с небольшими зазорами в полость изложницы, осо-
бенно при литье труб малого диаметра, возникают нежелательные коле-
бания, возможно задевание желобом вращающегося металла.
Сопоставление двух конструктивных схем центробежных труболи-
тейных машин позволяет признать схему с подвижной изложницей более
целесообразной для литья труб в металлические изложницы с интенсив-
ным водяным охлаждением.
1 Этот раздел написан с использованием материалов А. С. Черезова (Макеевский
труболитейный завод).
о£ 0001 ofr—oe Ofr—0£ 003£ oz 09 919 1W
,95О£ 00£ 09£ OOfr £3 t3 t3 £3 t3 93 0009 00£ 093 003 frO I HLf
,93О£ 099 Ofr—0£ 33—03 0009 091 I£0Z
,95О£ 0£9 OOZ 0001 0£ 0£ 0£ 0£ OOOfr 931 001 08 £60Z
Ofr 083 03£ 0Z£ 03 33 93 91 OOOfr 00£ 093 003 £t9
<Л 0Z9 0£9 OOZ Ш ООО 03 000£ 091 931 001 П9
1ЧПИНЖО1ГЕИ BHOL’MBH L’OJX wwjgo я BBM -эаьихявф | ив Hid о ii эв ii BHHL-tf dxawEHtf 1ЧИИ(ПЕИ qtratfow
иинэТпвдя чхаоёояэ □Eh я gXdi. oiraHh 4 яхэо ия и а хиИоя еио djj ww я iqgXdx rJswebj
нишек xHHHaiHirogXdi хнижэдобтэП вмихэидэгивдеу
2f Dhnirgvi
иияинве airoou — в ! им я hi? be тгоийэн я — д !цояяии*ве vadau — о
гиюдоь’эж кннжиагои э еннгпем ьвниэ.ьиЕ’одХск ьенжэдод±пэ^ дц эп^
и j^g Hiratfow энадэц •(/,£ чгдвл) нигпвк хнниэ±И1ГодЛс11 хннжэдоскнэп
иэеэГом ОМЧ1ГОМЭЭН кэхэкнэкийи с!ЭЭЭ 9 ’ннитви эннжэдосНнэ'п
SSI
Х\Н1ИНЖОИ€И XIAWSVtfJKVLfXO Я ЗАЛ XHHdOUVH ЗИНЗИЯОЮЗЕИ
156_______________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
543 (рис. 117) были разработаны во ВНИИЛИТМАШе в конце 40-х го-
дов и изготовлены на заводе «Красная Пресня»; модели 7093, 7031 и
ЛН 104 — на заводе «Сиблитмаш»; модель МТ 515 (рис. 118)—на Ма-
кеевском труболитейном заводе.
г)
Рнс. 11С. Центробежная труболитейная машина с подвижной излож-
ницей:
а — перед заливкой; б — заливка; в — окончание заливки; г — возврат
изложницы в исходное положение с одновременным удалением трубы
Основные конструктивные узлы труболитейных машин.
Заливочное устройство машины (рис. 118) состоит из секторного
ковша 1 с механизмом поворота и желоба 3. Ось поворота ковша рас-
положена около сливного носка, что обеспечивает постоянную и неболь-
шую высоту падения металла. Для поворота ковша применяют гидрав-
лическое или электромеханическое устройство с бесступенчатым регули-
рованием скорости.
Машина имеет два заливочных желоба, работающих попеременно.
Пока один из желобов находится в рабочем положении, другой можно
очистить, подмазать, просушить.
Для быстрой перестановки из рабочего положения в подготовитель-
ное оба желоба установлены на специальной тележке, которая переме-
Рис. 117. Центробежная труболитейная машина мод. 541, 543:
а — продольный разрез; б - поперечный; 1 — электродвигатель привода изложницы; 2 — изложница- 3 — корпус; 4 — ^сло2' “
секторный ковш- 6 — тележка для поперечного перемещения желоба; 7 — опорные ролики изложницы; 8 — гидроцилиндр для передни
женин корпуса с изложницей; 9 — ролики для продольной фиксации изложницы; Ю - стержень раструба
ИЗГОТОВЛЕНИЕ НАПОРНЫХ ТРУБ В ОХЛАЖДАЕМЫХ ИЗЛОЖНИЦАХ.
СП
158 ____________________________________________„ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
щается в поперечном направ-
лении (по отношению к оси
изложницы). Чтобы обеспе-
чить быстрое стекание металла
по желобу, машину (а с ней и
желоб) устанавливают с на-
клоном 3—4°.
Приемная часть желоба
выполняется в виде криволи-
нейного участка с постепен-
ным переходом в прямолиней-
ную ствольную часть. Стволь-
ная часть выполняется из об-
точенной на конус бесшовной
трубы.
Когда желоб имеет неболь-
шое сечение (при малом диа-
метре отливки трубы), металл
подают в приемную чашу 3
(рис. 119), откуда он посту-
пает в желоб 2 через отвер-
стие 4. В конце желоба кре-
пят чугунный сливной носок 1
для поворота струи металла.
Изложница и корпус. Из-
ложница представляет собой
гладкий цилиндр с раструбом
на конце. Изложница опирает-
ся па четыре ролика. Над каж-
дой парой опорных роликов
располагается один прижим-
ной ролик с пружинной под-
веской для компенсации рас-
ширения при нагреве.
При литье труб длиной 6 м
устанавливают третью ролико-
вую опору, чтобы уменьшить
прогиб изложницы. Третью
опору выполняют пружиня-
щей.
Поверхности катания из-
ложницы в виде поясков не-
значительно возвышаются над
цилиндрической поверхностью
изложницы. Отсутствие резких
переходов в сечении изложни-
цы благоприятно сказывается
на распределении напряжений.
Для фиксации изложницы в
осевом направлении на нее на-
девается кольцо, упирающееся
в ролики.
С целью снижения шума на
некоторых центробежных ма-
ИЗГОТОВЛЕНИЕ НАПОРНЫХ ТРУБ В ОХЛАЖДАЕМЫХ ИЗЛОЖНИЦАХ 159
шинах в СССР и ФРГ вместо упорных роликов ставят подпятники
скольжения. На изложнице 4 (рис. 120) крепят фланцевый стакан 6,
который входит между текстолитовыми кольцами 5 и, упираясь в них,
фиксирует изложницу в осевом направлении.
Изложница, опорные ролики и текстолитовый подпятник находятся
в водяной ванне внутри жесткого массивного корпуса 3 машины.
Рис. 119. Заливочное устройство для литья труб малого диаметра 50—
100 мм
Рис. 120. Изложница и корпус труболитейной машины модели
МТ 515
Между вращающимися частями, связанными с изложницей и корпу-
сом, имеются манжетные и лабиринтные уплотнения.
В изложницу с раструбного конца вставлен поддон с раструбным
стержнем /, который удерживается кулачками 2.
Конус 7 ограничивает длину изготовляемой трубы. Внутренняя по-
верхность изложницы имеет небольшую конусность (в пределах допус-
ка на диаметр трубы), что облегчает удаление трубы.
Изложница вращается от электродвигателя постоянного тока (см.
рис. 118), установленного на корпусе, и клиноременной передачи, ведо-
мый шкив которой закреплен на раструбной части изложницы. Скорость
160________________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
вращения регулируется бесступенчато. Торможение электродвигателя
производится переключением его на генераторный режим.
Корпус с изложницей перемещается гидроцилиндром с плавным ре-
гулированием скорости по наклонным рельсам, смонтированным на ста-
нине.
П риспособление для установки раструбных, стержней. В современ-
ных центробежных труболитейных машинах установка раструбных
стержней в изложницу автоматизирована. Одно из автоматизированных
устройств состоит из конвейера 2 (рис. 121), кантователя 4, механизма
3 установки стержней и механизма 1 передачи.
Рис. 121. Центробежная труболитейная машина с устройством для уста-
новки раструбных стержней:
1 — механизм передачи стержня; 2 — конвейер; 3 — механизм установки стержней;
4 — кантователь; 5 — подвижный корпус; 6 — станина; 7 — клещн
Клещи 7 механизма передачи захватывают поддон с трубой и ста-
вят на конвейер 2. Конвейер подает поддон к кантователю 4. Пока под-
дон находится на конвейере, на него вручную насаживают песчаный
раструбный стержень. Кантователь 4 захватывает поддон со стержнем
и ставит его параллельно оси изложницы. Механизм 3 принимает под-
дон со стержнем от кантователя 4 и устанавливает его в раструбную
часть изложницы.
Таков замкнутый цикл движения поддонов. Единственной ручной
операцией является насаживание раструбного стержня на металличе-
ский поддон во время его пребывания на конвейере 2.
Конвейер состоит из двух рам: неподвижной и подвижной. При подъ-
еме подвижная рама принимает на себя поддоны, находящиеся на не-
подвижной раме, затем перемещает их на один шаг вперед и, опускаясь,
кладет их снова на неподвижную раму. Затем подвижная рама возвра-
щается в исходное положение. Конвейер передвигает стержни шаг за
шагом до тех пор, пока передний стержень не дойдет до кантователя.
Кантователь (рис. 122) захватывает клещами 3 находящийся на кон-
вейере 1 поддон 2 со стержнем, после чего зубчато-реечная передача 4
приводимая в движение силовыми цилиндрами 5, поворачивает клеще-
вую головку и ставит поддон со стержнем параллельно оси изложницы.
Затем поддон со стержнем переходит на механизм установки стерж-
ня в изложницу (рис. 123). Поворотный рычаг 5 приводится в движение
силовым цилиндром 3 через зубчато-реечную передачу 4. На рычаге 5
установлен пневматический разжимной патрон 2, который в осевом на-
правлении перемещается цилиндром 6.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ НАПОРНЫХ ТРУБ В ОХЛАЖДАЕМЫХ ИЗЛОЖНИЦАХ 161
Сначала рычаг 5 занимает правое положение. В этом положении
патрон 2 подается цилиндром 6 и входит в поддон /, удерживаемый кле-
щами кантователя. После захвата поддона 1 патроном 2 клещи канто-
вателя освобождают его. Затем поворотом рычага 5 поддон 1 устанав-
ливается соосно с изложницей (ле-
вое положение) и цилиндром 6 вво-
дится в раструбную часть излож-
ницы.
Рис. 123. Механизм установки раструб-
ных стержней
Рис. 122. Кантователь
При этом подпружиненные кулачки изложницы защелкивают и
удерживают поддон с раструбным стержнем в изложнице, а патрон 2
освобождает поддон и возвращается в исходное положение для захвата
следующего поддона.
Механизм извлечения трубы (рис. 124) состоит из клещей /, которые
захватывают трубу изнутри и удерживают ее на месте в то время, как
изложница перемещается, освобождая трубу. Клещи вводятся в трубу
или выводятся из нее цилиндром 2. Сжатие и разжатие клещей осу-
ществляется с помощью цилиндра 3. Клещи закрепляют шарниром;
извлекаемая труба на них не опирается.
Устройство для поддержки отливок труб. При извлечении труба сна-
чала опирается на изложницу. После извлечения ее наполовину трубу
необходимо поддерживать таким образом, чтобы задний конец трубы не
царапал изложницу, а передний не провисал и не нагружал механизм
клещей. Для этой цели служат поддерживающие устройства, обычно ро-
лики, укрепленные на поворотных рычагах. Во время литья трубы рыча-
ги находятся в нерабочем положении и не мешают передвижению кор-
пуса машины. При извлечении трубы корпус перемещается вверх, рычаги
поворачиваются и подводят опорные ролики под трубу. Для поворота
рычагов используют пневматический, гидравлический привод или силу
тяжести специального груза.
162_______________________________________________ ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
В устройстве с грузовым приводом (рис. 125) левая поддержка по-
казана в рабочем положении, а правая — в нерабочем. Раму 1 под-
держки закрепляют на фундаменте машины; винт 2 устанавливают
Рис. 124. Клещи для извлечения отливки трубы
Рис. 125. Устройство для поддержки отливки трубы
вертикально в подшипниках. Головка винта шарниром связана с рыча-
гом 8, на котором расположены приемный ролик 7 и ролик 5, с помощью
которого рычаг опирается на наклонную направляющую 6 на раме /.
При перемещении корпуса 11 машины вниз (во время заливки металла
в изложницу) он встречает рычаги 8 и отклоняет их в сторону в нерабо-
ИЗГОТОВЛЕНИЕ НАПОРНЫХ ТРУБ В ОХЛАЖДАЕМЫХ ИЗЛОЖНИЦАХ 163
чее положение. При этом поворачивается винт 2, и гайка 3, являющаяся
грузом, поднимается по направляющим рамы 1.
Когда начинается извлечение трубы 9, корпус 11 поднимается, осво-
бождая место для поддержки 4. При этом гайка под действием своего
веса опускается и поворачивает винт и рычаг с поддерживающим роли-
ком. Одновременно ролик 5 рычага 8 катится по наклонной направля-
ющей 6 и поднимает конец рычага, подводя приемный ролик 7 под
извлекаемую трубу. После удаления клещей 10 труба скатывается по
наклонным рычагам на стеллаж для дальнейшей транспортировки.
ТЕХНОЛОГИЯ литья
Порядок и продолжительность операции при литье трубы диамет-
ром 50—80 мм, длиной 3,2 м приведены в циклограмме (рис. 126).
Цикл работы машины начинается с заполнения секторного ковша
жидким чугуном (операция 1,5) и очистки его зеркала от шлака. К это-
му моменту машина полностью подготовлена к заливке. Затем одновре-
Рис. 126. Циклограмма работы центробежной машины
при литье труб диаметром 50—80 мм, длиной 3,2 м:
А — движение металла по желобу до начала слнва в изложницу;
Б — заполнение раструбной части; В — разгон изложницы; Г — за-
медление движения корпуса для формирования хвостовой части трубы;
Д — нахождение поддона на механизме для установки поддонов; Е -
замедление вращения изложниц; 1 — секторный ковш; // — меха-
низм установки поддонов; /// — привод изложницы; IV — привод
перемещения корпуса; V — тележка желоба; VI — клещи
164__________________________________ - _________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
корпуса машины, и начинается
Рис. 127. Схема изготовления обо-
лочковых раструбных стержней
центробежным способом
менно включают привод поворота ковша (операция 2), привод вращения
изложницы, и она плавно разгоняется до необходимой скорости враще-
ния (операция 6). Жидкий чугун из ковша сливается в приемную во-
ронку (операция 3) по желобу, поступает во внутреннюю полость из-
ложницы и заполняет раструбную часть трубы. Ковш возвращается в
исходное положение (операция 4). После заполнения раструбной части
трубы оператор с пульта управления включает продольное перемещение
заливка ствола трубы (операция 8), а
затем продольное движение прекра-
щают и отливку выдерживают во вра-
щающейся изложнице до затвердева-
ния (операция 9).
Перемещаясь в крайнее нижнее
положение, корпус машины встречает
рычаги поддержек и поворачивает их,
выводя из станины. После выхода кон-
ца желоба и из изложницы включают
перемещение тележки желобов (опе-
рация 10). Желоб, находившийся в
работе, подготовляют к следующей за-
ливке (операция И), а другой желоб
устанавливают по оси изложницы.
К этому времени отливка трубы уже
затвердела, вращение изложницы пре-
кращается и включается механизм
удаления труб. Силовой цилиндр этого
механизма вводит клещевую головку
в раструбную часть трубы (операция
12), губки клещевой головки разжи-
маются под действием второго цилин-
дра и захватывают трубу (операция
13). Затем включается перемещение
корпуса машины в верхнее крайнее
положение для извлечения трубы (опе-
рация 14).
По мере передвижения корпуса рычаги поворачиваются и подхва-
тывают извлекаемую трубу.
Цилиндр механизма передвижения клещей при обратном ходе под-
тягивает трубу до специального упора (операция 15), губки клещевой
головки складываются, и она уходит за пределы трубы и поддона (опе-
рация 16). Затем труба и поддон удаляются из машины.
Механизм установки стержней захватывает очередной поддон со
стержнем (операция 7) и устанавливает в гнездо раструбной части из-
ложницы (операция 17). Пружинящие кулачки, закрепленные на из-
ложнице, удерживают поддон, а патрон механизма установки поддонов
удаляется за пределы корпуса машины (операция 18). На этом закан-
чивается цикл изготовления одной трубы.
Подготовка машины сводится к подготовке секторного ковша и же-
лобов, к изготовлению раструбных стержней и нагреванию изложницы.
Секторный ковш выкладывают шамотным кирпичом, просушивают и
нагревают. На Липецком заводе «Свободный Сокол» футеровку желоба
уплотняют пневматической трамбовкой со специальным наконечником.
Футерованный желоб окрашивают и сушат при 180—250° С в течение
ИЗГОТОВЛЕНИЕ НАПОРНЫХ ТРУБ В ОХЛАЖДАЕМЫХ ИЗЛОЖНИЦАХ___________________________L- 165
3—4 ч. Для лучшего удаления влаги в стенке желоба предусмотрены
отверстия диаметром 6 мм с шагом 150 мм. На Макеевском труболитей-
ном заводе им. В. В. Куйбышева под огнеупорную футеровку кладут
листовой асбест. Это предупреждает отслаивание футеровки из-за не-
одинакового расширения желоба и футеровки.
Изготовление раструбных стержней на заводе «Сво-
бодный Сокол» (г. Липецк) производится на автоматических центробеж-
ных машинах системы А. И. Гимпельсона. Песчано-смоляную смесь за-
сыпают во вращающийся стержневой ящик /, закрепленный на верти-
кальном шпинделе (рис. 127). Предварительно ящик нагревают до
250—300° С. На машинах системы А. И. Гимпельсона автоматически вы-
полняются следующие операции: опрыскивание ящика разделительной
жидкостью, дозирование и засыпка стержневой смеси, нагрев стержня,
удаление электронагревателя, остановка машины, съем крышки, вытал-
кивание готового стержня и передача его на конвейер.
Выступающие буртики на стержне оформляются кольцевыми секто-
рами 3. При подъеме толкателя 2 кольцевые секторы 3 также поднима-
ются, а затем поворачиваются вокруг шарнира серьги 4 и освобождают
стержень. Производительность машины 45—50 стержней в час.
Изложницу перед началом работы нагревают паром до 70—80°С.
Скоростные параметры при литье труб диаметром 200—300 мм приве-
дены в табл. 38.
Таблица 38
Скоростные параметры литья труб
Параметры Диаметры в мм
200 j | 250 300
Скорость вращения изложницы в об/мин Гравитационный коэффициент на внутренней поверхности трубы . Линейная скорость иа внутренней поверхности изложницы в м/сек ... Подача изложницы в мм на 1 оборот (шаг витка) . . Скорость перемещения изложницы в мм/сек 400 17,9 4,2 30 200 зго 17,2 4.6 34 198 300 15,1 4,7 40 200
Режим заливки металла. Получение необходимой толщины стенки
трубы в средней ее части требует определенного соотношения между
скоростью заливки (скоростью поворота ковша) и скоростью перемеще-
ния изложницы. Это соотношение устанавливают практически для каж-
дого размера трубы. Оно может быть выражено формулой
qx = mLy
где q — массовая скорость заливки в кг)сек;
т — продолжительность заливки в сек;
т — масса 1 м трубы в кг/м;
L — длина трубы в м.
При повышении скорости заливки увеличивается производительность
машины и выравнивается нагрев различных участков изложницы, так
как рабочая поверхность изложницы быстрее покрывается металлом по
всей ее длине. При малой скорости заливки раструбная часть изложни-
цы значительно дольше хвостовой находится в контакте с горячим ме-
таллом, что увеличивает термические напряжения в изложнице.
166_______________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
Повышение скорости заливки лимитируется сечением желобов, не-
обходимостью дать плавную спокойную струю металла и возможностя-
ми механизма перемещения изложницы.
Исследования ВНИТИ [97, 94] показали, что при постоянной массо-
вой скорости слива металла из секторного ковша фактическая скорость
заливки металла в изложницу является величиной переменной. После
начала подачи металла из ковша, когда желоб наполняется металлом,
напор увеличивается и скорость слива с желоба возрастает, пока не
Рис. 128. Фактическая скорость
слива v металла с желоба в из-
ложницу при отливке труб
(Q — масса трубы; t — темпера-
тура заливки; v3 max — макси-
мальная скорость заливки)
сравняется со скоростью подачи ме-
талла из ковша. К концу заливки, пос-
ле прекращения подачи металла из
ковша напор уменьшается и скорость
слива с желоба начинает снижаться.
Таким образом, период заливки
можно разделить на 3 этапа: I — на-
растание скорости заливки совпадает
с заполнением раструбной части; II —
постоянная скорость заливки совпада-
ет с формированием ствольной части
трубы за исключением хвостовой час-
ти; III — уменьшение скорости залив-
ки при заполнении хвостовой части
трубы.
Рис. 129. Изменение толщины стенки
трубы по длине (средние данные)
На рис. 128 показано изменение фактической скорости заливки и3
металла с желоба при различной скорости v подачи из секторного ков-
ша. Изменение фактической скорости заливки при постоянной скорости
продольного движения изложницы вызывает продольную разностен-
ность трубы (рис. 129). Поэтому в новых конструкциях центробежных
машин предусматривается переменная скорость движения изложницы —
ее снижение на III этапе заливки.
Когда место падения струи металла находится на расстоянии 60—
80 мм от заднего торца изложницы, продольное движение изложницы
необходимо полностью прекратить, а замедлять его следует несколько
раньше. Эти мероприятия могут дать эффект только при условии ста-
бильности температуры заливаемого чугуна, так как понижение или
повышение температуры и жидкотекучести чугуна вызывает перемеще-
ние металла вдоль оси изложницы (к раструбу или к гладкому концу),
что также вызывает продольную разностенность трубы. Оптимальная
температура заливаемого чугуна при литье труб в водоохлаждаемые из-
ложницы по данным ВНИТИ составляет 1266—1280° С.
ИЗГОТОВЛЕНИЕ НАПОРНЫХ ТРУБ В ОХЛАЖДАЕМЫХ ИЗЛОЖНИЦАХ 167
Охлаждение изложницы. Температура охлаждающей воды не долж-
на превышать 90° С из-за образования паровой рубашки на изложнице.
Перепад температуры воды на входе и выходе в ванну может поддержи-
ваться различный. Чем больше расход воды, тем меньше этот перепад.
Например на машине модели ЛН104 перепад температуры составляет
15—20° С. При таком перепаде наибольшая температура воды на входе
не должна превышать 70° С, чтобы на выходе она не превышала
90° С.
При литье тонкостенных труб небольшого диаметра особенно важно
не увеличивать интенсивность охлаждения, и поэтому подаваемую для
охлаждения воду подогревают паром до указанной предельной темпе-
ратуры.
Стойкость изложниц. Расходы по изготовлению изложниц составля-
ют заметную долю в себестоимости труб, что объясняется высокой стои-
мостью изложниц и сравнительно небольшой их стойкостью.
Ниже кратко перечислены некоторые методы повышения стойкости
изложниц.
1. Улучшение свойств материала изложниц. Изложницы до сих пор
изготовляли из стали 35ХВ. Однако исследования показали, что эта
сталь по стойкости в 2 раза уступает, например, стали 25Х2НМ [40].
Изложницы из стали 25Х2НМ стоят дороже, чем из стали 35ХВ, но
удельная стоимость их на 1 т литых труб меньше.
3. И. Люлинский исследовал влияние режима термической обработ-
ки на стойкость изложницы. Изложницы из стали 34ХМ, подвергнутые
различной термической обработке, показали изменение стойкости в не-
сколько раз (до 1400 отливок при одном режиме и свыше 6000 отливок
при другом) [52].
2. Улучшение геометрии изложниц. Сюда относится прежде всего
устранение поперечной разностенности, которая приводит к быстрому
короблению изложниц.
Причиной разностенности является обычно неправильная технология
механической обработки. На Макеевском труболитейном заводе толщи-
ну стенок изложниц контролируют чувствительным ультразвуковым де-
фектоскопом.
3. Многократное использование изложниц путем переточки [25].
После того, как на изложнице появляются дефекты и удаление отливок
затрудняется, производят расточку изложницы в пределах допуска на
диаметр трубы. Такую расточку производят 2—3 раза, а затем излож-
ницу растачивают на литье труб следующего диаметра. Трубы диамет-
рами 100, 125 и 150 мм на заводе «Свободный Сокол» (г. Липецк) изго-
товляют по одной изложнице, которую ставят на машину 6—8 раз после
соответствующих расточек. При этом средняя суммарная стойкость из-
ложницы из стали 35ХВ составляла 2060 заливок.
4. Нанесение на поверхность изложницы тонких металлических по-
крытий. Нанесение на раструб изложницы из стали 35ХВ медного по-
крытия толщиной 0,3 мм электролитическим способом увеличивало
стойкость изложницы от 300 до 800 отливок [65]. Медный слой после
этого сохранялся. Опыты показали, что омеднение цилиндрической час-
ти изложницы нецелесообразно, так как при извлечении трубы покры-
тие разрушается.
5. Наплавка раструбной части кокиля с последующей переточкой,
как показал опыт Макеевского труболитейного завода, увеличила стой-
кость изложницы на несколько сот отливок.
Рис. 130. Схема образования га-
зового пузыря
168______________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
ЛИТЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ
Разностенность труб. Продольная разностенность труб вследствие
неравномерного поступления металла в изложницу рассмотрена выше.
Другим фактором, влияющим на разностенность, являются колеба-
ния расхода металла, зависящие от точности дозирования. Увеличенный
объем металла приводит к значительному утолщению гладкого конца
трубы, так как последние порции металла стекают в изложницу после
остановки корпуса машины. Причиной продольной разностенности яв-
ляется также колебание продолжительности заливки металла в раструб-
ную часть. Чем больше эта продолжительность, тем толще стенка трубы
около раструба. При повышении температуры металла увеличивается
его жидкотекучесть и толщина стенки у
раструба несколько уменьшается, так как
залитый металл легче перемещается в
осевом направлении.
Для устранения этого дефекта необ-
ходима стабильная температура заливае-
мого чугуна и автоматизация команды
на передвижение изложницы после за-
полнения раструба [61].
Дефекты поверхности труб. К ним от-
носятся нитеобразные наслоения метал-
ла и неглубокие спаи на наружной по-
верхности, поры от шлака и засоры на
внутренней поверхности [40].
Устранение этого вида брака зависит
скорости заливки и скорости перемещения
происходит забегания металла, а также от
плавного, без брызг, стекания металла в изложницу.
Дефекты от действия газов. В металлической изложнице, особенно
несколько изношенной, всегда имеются трещины и неровности, из кото-
рых при нагревании выделяются газы. Газы образуются также в ре-
зультате восстановления окислов железа, имеющихся на рабочей по-
верхности изложницы, углеродом заливаемого чугуна по следующей
реакции:
Fe3O4 + 4С = 3Fe + 4СО.
Схема образования газового пузыря показана на рис. 130.
При заливке металл некоторое время проскальзывает относительно
изложницы, двигаясь по винтовой линии. Встречая на своем пути ис-
точники газа, металл увлекает их, в результате чего образуются мелкие
винтовые канавки на поверхности трубы. Этот дефект не отражается на
прочности и плотности трубы.
Серьезным дефектом являются ситовидные раковины. В них фикси-
руются разные стадии образования газовых пузырей, еще не отделив-
шихся от формы 1.
Ситовидные раковины снижают герметичность трубы, так как они не-
редко проникают на большую глубину. Сквозные раковины могут быть
исправлены заваркой.
от правильного соотношения
изложницы, при котором не
1 Отделившиеся пузыри успевают всплыть иа поверхность.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ТРУБ 169
Вмятины (рис. 131, а) являются следствием деформации от давления
газа затвердевшей корочки металла. Если газ прорывает корочку вмя-
тины (рис. 131, б) и уходит сквозь толщу отливки (рис. 131, в), на
его место затекает жидкий металл, который, затвердевая, образует так
называемую заклепку (рис. 131, г), или натеки (рис. 131, д). Устранение
этих дефектов зависит в большей степени от состояния рабочей поверх-
ности изложницы. Кроме ухода за рабочей поверхностью изложницы,
необходимо поддерживать определенный температурный режим излож-
ницы (не допускать ее перегрева).
Браковка отливок по вмятинам, заклепкам и натекам зависит от их
площади и глубины поражения стенки трубы.
Трещины наиболее часто наблюдаются в двух местах: 1) на пере-
ходе от раструба к цилиндрической части трубы образуются поперечные
трещины; 2) в хвостовой части трубы — продольные трещины.
Трещины у раструба появляются в результате затрудненной про-
дольной усадки трубы. При продольной усадке раструб остается непод-
вижным, упираясь в уступ изложницы, а труба сокращается в направ-
лении к раструбу. Эта усадка происходит свободно только после появ-
ления радиального зазора между трубой и изложницей. У хвостовой
части трубы, которая заливается в последнюю очередь, позднее всего
образуется радиальный зазор, и поэтому она тормозит продольную усад-
ку всей трубы. Образование трещин зависит от состава и температуры
заливаемого чугуна.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ТРУБ
В ИЗЛОЖНИЦАХ С ПОКРЫТИЕМ
В настоящее время большинство труболитейных заводов санитарно-
технической промышленности работает на многопозиционных, автома-
тизированных агрегатах типа «Липецк», разработка которых началась
в 1958 г. Липецким трубным заводом [7].
Модернизированный агрегат «Липецк» (рис. 132) состоит из нижне-
го и верхнего ярусов, на которых располагаются 19 изложниц-роторов,
образующих вертикально-замкнутый поток. Движение потока обозна-
чено стрелками (рис. 132). Каждая изложница-ротор состоит из мас-
сивного ротора со стальными бандажами и вставленной в него чугунной
изложницы.
170-----------------------------------------------ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
Рис. 132. Модернизированный агрегат «Липецк»
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ТРУБ 171
В хвостовой части изложницы 8 находится кольцо, ограничивающее
длину изготовляемой трубы.
Позиции нанесения на изложницу покрытия (/) и охлаждения (II)
изложницы находятся на верхнем ярусе; позиции заливки (III) и извле-
чения отливки трубы (IV)—внизу. На позиции нанесения покрытия
(рис. 133) установлены каретка 1 с двумя форсунками 2 и опорные при-
водные ролики 3 для изложниц, вращающиеся от электродвигателя 6.
На позиции охлаждения смонтированы специальные трубки 5 и отсос 4.
Ролики 3 (рис. 132, б) имеют реборды, фиксирующие изложницу в
продольном направлении. Заливочное устройство состоит из приемной
чаши 2 с отверстием и подвижного желоба 1. Около раструбной части
Рис. 133. Схема устройств для нанесения покрытий и охлаждения из-
ложниц модернизированного агрегата «Липецк»
изложницы расположена поворотная шестипозиционная головка 7 с ме-
таллическими раструбными стержнями 5. Каждый стержень 5 находит-
ся на свободно вращающемся шпинделе. Посадка стержня на шпиндель
плавающая. Головка со стержнями может совершать поворот вокруг
вертикальной оси на 60° и ставить таким образом тот или иной стержень
соосно с изложницей. Кроме того, головка имеет осевое перемещение от
пневмоцилиндра 6 для установки раструбного стержня в изложницу.
На позиции извлечения отливки IV установлен экстрактор 4 с ку-
лачковой головкой для захвата трубы и механизмом для перемещения
головки для извлечения отливки из формы. Установка изложницы на по-
зицию заливки III и последующая передача на позицию IV происходят
следующим образом.
Отсекающий рычаг 14, опускаясь, пропускает очередную изложницу
к позиции заливки. При этом эксцентрик 13 и толкатель 12 находятся в
верхнем положении (на рисунке они показаны внизу) и изложница упи-
рается в толкатель 12. При повороте эксцентрика 13 на 180° толкатель
12 опускается и изложница ложится на опорные приводные ролики 3.
Для передачи изложницы на следующую позицию IV толкатель 12 сно-
ва поднимают, и изложница скатывается по наклонному участку толка-
теля 12 направо к позиции IV, а новая изложница подходит к толкателю
слева. Поворот отсекающего рычага 14 и эксцентрика 13 осуществляет-
ся механизмом 10 с помощью канатной передачи 11. Последняя связа-
на также с траверсой 9, поднимающей изложницу на верхний ярус, и
172 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ*
траверсой 15, опускающей изложницу на нижний ярус. При повороте
канатного барабана механизма 10 против часовой стрелки траверса 9
опускается и принимает очередную изложницу, а траверса 15 подни-
мается и поворачивает рычаг упора 16, который пропускает очередную
изложницу на траверсу 15. Следующим обратным ходом механизма 10
изложница слева опускается, а другая справа поднимается. Одновремен-
но срабатывают отсекающий рычаг 14 и толкатель, и, таким образом,
все изложницы, находящиеся в потоке, смещаются на один шаг.
Работа агрегата «Липецк». Перед началом работы производится
подготовка и нагрев изложниц, желоба и заливочных ковшей. Первой
операцией является нанесение покрытия на нагретую вращающуюся
изложницу движущейся форсункой на позиции I (верхний ярус). Далее
изложница перемещается на позицию ///, где она несколько охлаж-
дается.
Затем изложница по наклонным балкам доходит до поворотного
упора. Упор приподнимается балкой траверсы, движущейся вверх, и из-
ложница скатывается на траверсу, которая опускается и передает из-
ложницу на наклонные балки нижнего яруса. Здесь она поступает на
позицию заливки, где в изложницу с одной стороны входит подвижный
желоб, а с другой — металлический раструбный стержень с картонной
манжетой. Изложницу приводят во вращение и начинают заливку ме-
талла в приемную чашу из мерного ковша.
По желобу, имеющему небольшой наклон и прямой слив, металл по-
ступает в раструбную часть изложницы.
Картонная манжета на стержне при этом сгорает, а металл заполня-
ет полость раструба. Затем начинается заливка цилиндрической части
изложницы при движущемся желобе. По окончании заливки металла
желоб выходит из изложницы, а с противоположной стороны — головка
со стержнем. После остановки изложницы специальный механизм пере-
мещает ее на позицию извлечения трубы. Одновременно производится
очистка и окраска желоба н приемной чаши для следующей заливки, а
стержневая головка повертывается на 60°. Очередной стержень в сборе
с манжетой ставится соосно с изложницей, а стержень, удаленный из
раструба, поступает на позицию охлаждения.
На позиции извлечения трубы в изложницу входит головка экстрак-
тора, ее кулачки автоматически разжимаются, после чего по команде
реле времени головка начинает обратное движение, извлекая отливку.
Затем кулачки экстрактора сжимаются и при помощи съемника труба
передается для транспортировки в цех антикоррозионного покрытия.
Изложница после удаления отливки поступает на траверсу, которая
поднимает ее на верхний ярус для повторного цикла.
Агрегат обслуживают три человека: оператор на пульте управления,
заливщик и рабочий по уходу за заливочными устройствами. Кроме
того, на шесть агрегатов «Липецк» выделяется бригада рабочих для вы-
полнения ремонта: капитальный ремонт раз в два года; средний — раз
в год; малый — 4 раза в год и профилактические осмотры — 7 раз в год.
Это обеспечивает бесперебойную и ритмичную работу агрегатов.
Техническая характеристика агрегата «Липецк-2»
Число роторов-изложниц................................ 19
Скорость вращения изложниц в об!мин для труб диаметром в мм:
50 . ............. . - - 1250
100 ............... . 980
150 ............................................7U)
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ТРУБ 173
Наклон изложницы на позиции заливки.......................1—2°
Скорость передвижения желоба в мм/сек.......................267
Расход воздуха на одну отливку в м3.................. . 2,0
Расход электроэнергии на одну отливку в квт-ч............ 0,65
Производительность фактическая средняя, число труб в час . . До 56
Габаритные размеры машины в мм................... 10 880X4700X2800
Общая масса в кг ......... ...................... 13470
Особенности технологии литья канализационных труб на агрегатах
«Липецк». Особенности технологии состоят в применении горячих из-
ложниц, тонкослойного покрытия, наносимого на них в жидком виде,
заливке металла подвижным желобом и поточном характере производ-
ства.
При освоении технологии большие затруднения вызвала операция
покрытия изложниц. Старые составы покрытий и способы их нанесения,
применявшиеся в однопозиционных машинах, оказались непригодными
в условиях поточного производства, а новые не были разработаны.
Литье канализационных труб по аналогии с литьем водопроводных труб
также не могло быть реализовано из-за отсутствия интенсивного ох-
лаждения изложниц. Кроме того, это потребовало бы введения операции
отжига труб. Попытки лить в неокрашенные горячие изложницы приво-
дили к появлению большого брака по отбелу и газовым раковинам.
Радикальным средством, предупреждающим этот брак, является на-
несение теплоизолирующих покрытий на изложницу. Покрытие устра-
няет контакт между изложницей и жидким металлом. Этим ликвиди-
руется один из возможных источников газообразования — реакция вос-
становления окиси железа углеродом жидкого чугуна. Действие газов,
выделяемых покрытием, может быть сведено к минимуму, если их вы-
деление будет происходить в небольшом количестве и при низкой темпе-
ратуре, т. е. при нанесении покрытия на изложницу.
Свойства покрытий. К новым покрытиям может быть отнесена вод-
ная краска, содержащая сажу и жидкое стекло. По данным НИИСан-
техники при слое этой краски 0,2—0,3 мм, заливке чугуна с 5,8—6%
(С + Si) и температуре 1220—1280° С качество наружной поверхности
труб получается хорошее, отбел отсутствует, герметичность труб резко
возрастает по сравнению с трубами, полученными в неокрашенных из-
ложницах [83].
Работы по изысканию оптимальных составов покрытий и методов их
нанесения по-прежнему имеют важное значение для совершенствования
технологии центробежной отливки канализационных труб.
Основные требования, которым должны отвечать покрытия для из-
ложниц, следующие:
1) состоять из недефицитных, доступных, дешевых материалов;
2) обладать малой теплопроводностью;
3) не содержать веществ, выделяющих большое количество газов
при нагреве заливаемым металлом, а выделяемые газы не обладать
антисанитарными свойствами (токсичностью и т. п.);
4) содержать по возможности больше сухого вещества;
5) быть по возможности менее гигроскопичными;
6) способ нанесения покрытия (в один—два приема) на изложницу
должен быть простым и высокопроизводительным;
7) толщина покрытия должна быть достаточна для получения каче-
ственных отливок; *
8) хорошо удерживаться на горизонтальных и на наклонных поверх-
ностях изложницы (раструб);
174 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
9) структура слоя покрытия должна быть по возможности более
пористой;
10) не изнашивать поверхность изложницы;
11) не разрушаться при транспортировке изложницы к месту залив-
ки, а также при вращении ее с допускаемой вибрацией;
12) обладать достаточной прочностью, чтобы не разрушаться зали-
ваемым металлом;
13) легко и полностью сниматься с изложницы при извлечении от-
ливки;
14) не давать пригара на отливках.
Раструбные стержни. Применение металлических раструбных стерж-
ней с картонными манжетами сильно упрощает производство труб, но
это решение нельзя пока считать вполне удовлетворительным.
В ряде случаев жидкий чугун при заполнении раструбной части из-
ложницы, ударяясь о торец металлического стержня, дает всплеск, ко-
торый мгновенно затвердевает и образует в трубе кольцевой выступ.
Удаление этого выступа является трудоемкой и совершенно излишней
операцией. Замена металлического стержня песчаным устраняет этот
дефект, так как вследствие малой теплопроводности стержня прикасаю-
щийся к его торцу металл не затвердевает.
Изготовление оснастки. Одним из условий массового литья кана-
лизационных труб является бесперебойное изготовление оснастки.
В настоящее время заготовки чугунных изложниц для агрегатов
«Липецк» получают центробежным литьем на специальной машине ро-
Таблица 39
Технико-экономические показатели центробежного литья
канализационных труб
Показатели Липецкий трубный завод Новокузнецкий завод «Сантехлнт» Сукремельский чугунолитей- ный завод
Годовой выпуск труб в тыс. т 75 14 84
В том числе труб диаметром в мм: 50 12 2 12
100 51 9 55
150 12 3 17
Фактическая средняя масса трубы в кг диаметром в мм: 50 12 11,4 12,1
100 26 24,9 28,0
150 43 42,5 39,0
Среднечасовой выпуск труб: на однопозиционной машине модели Ц23, диаметр трубы 50 ми 35 26,2 24,4
на агрегате «Липецк» трубы диаметром в мм: 50 44
100 56 53 42,6
150 40 26,1 35,4
Себестоимость в руб. 1 т труб диаметром в мм: 50 75—08 113—41 87—37
100 63—23 81—53 68-88
150 59—85 79—20 65-07
Потери от брака в % труб диаметром в мм: 50 6,4 7,6
100 5,2 — 8,7
150 3,0 — 8,8
Выпуск труб на одного рабочего в год в т. 191,1 70 170,0
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ОДНОФЛАНЦЕВЫХ ПАТРУБКОВ 175
ликового типа в металлическую изложницу с покрытием. После механи-
ческой обработки и тщательной приемки на каждую изложницу состав-
ляется паспорт с полной ее характеристикой.
Технико-экономические показатели. Освоение механизированных и
частично автоматизированных многопозиционных агрегатов системы
«Липецк» позволило достичь сравнительно высоких технико-экономиче-
ских показателей при центробежном литье канализационных труб
(табл. 39). Однако имеются большие резервы для дальнейшего усовер-
шенствования этого производства (иногда производительность агрега-
тов бывает в 2—3 раза выше средней производительности).
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ОДНОФЛАНЦЕВЫХ ПАТРУБКОВ
В ИЗЛОЖНИЦАХ С ПОКРЫТИЕМ
Двухфланцевые чугунные трубы диаметром 100 и 150 мм для нефтя-
ной и химической промышленностей изготовляют двумя методами: цент-
робежным литьем в песчано-глинистые формы или центробежным лить-
ем однофланцевых патрубков длиной 1500 мм с последующей сваркой
их в двухфланцевые трубы длиной 3000 мм. Последний способ был раз-
работан Макеевским труболитейным заводом вместе с институтом элек-
тросварки им. Е. О. Патона [107].
Однофланцевые патрубки изготовляют на центробежной машине мо-
дели ЦМФП-1 и сваривают на электросварочной машине модели К-196.
Изложница 7 машины модели ЦМФП-1 (рис. 134) опирается на ро-
лики 26 и сверху прижата роликом 24 с помощью тарельчатой пружины.
Положение роликов регулируют винтами 21. На корпусе 8 установлен
электродвигатель 6 для привода изложницы. Внутри корпуса располо-
жены трубки 10, 23 с отверстиями для струйного охлаждения изложни-
цы. На левом торце изложницы закреплена конусная крышка, препятст-
вующая выбросу металла, а на правом торце стакан 9 с четырьмя ку-
лачками, удерживающими поддон 12 в гнезде изложницы. На поддоне
находятся стержни, образующие болтовые отверстия во фланце отлив-
ки патрубка.
Заливочное устройство состоит из тележки 2 и пневмоцилиндра 1 для
ее перемещения. На тележке находятся воронки 5 и ковш-дозатор 4,
который поворачивается пневмоцилиндром 3 с регулятором скорости
поворота.
Клещи 15 извлекают отливки и устанавливают поддоны 12.
Клещи 15 и пульверизатор 16 для нанесения покрытия на изложницу
смонтированы на тележке 19, закрепленной на штоке пневмоцилинд-
ра 25.
Работой клещей управляет пневмоцилиндр 18, а цилиндр 17 устанав-
ливает соосно с изложницей попеременно клещи или пульверизатор,
расположенные на общей горизонтальной оси, имеющей поворот на 90°.
Механизм поддержки и выдачи отливок патрубков состоит из рыча-
гов 22 с опорными роликами и двухсекционного цилиндра 20. Сжатый
воздух к подвижным цилиндрам 17, 18 и пульверизатору 16 подается по
гибким шлангам, подвешенным на поворотном кронштейне 13.
Машина работает следующим образом. Перед началом работы ковш
4 и воронку 5 разогревают и окрашивают. При помощи клещей 15 и
пневмоцилиндра 25 поддон 12 ставится в гнездо изложницы. При этом
кулачки 11 отклоняются, а затем под действием пружин захватывают
поддон.
Рис. 134. Центробежная машина модели ЦМФП-1 для литья однофланцевых патрубков в металлические изложницы
с покрытием
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРУБ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА____________ 177
После ввода носка воронки 5 в полость изложницы и включения вра-
щения изложницы заполняют металлом ковш 4, включают водяное ох-
лаждение и, поворачивая ковш 4, производят заливку металла в излож-
ницу.
Готовую отливку вместе с поддоном извлекают из остановленной из-
ложницы клещами 15. Их вводят в полость отливки, разжимают пнев-
моцилиндром 18 и вытягивают пневмоцилиндром 25. Когда поддон 12
упирается в стойки 14, кулачки клещей утапливаются и клещи выходят
из отливки; при этом поддон своей тяжестью отделяется от патрубка и
скатывается по желобу из машины.
Включением одной из секций цилиндра 20 под отливку подводят
опорные ролики рычагов 22. Затем, включая вторую секцию цилиндра
20, поворачивают рычаги 22, и отливка выкатывается из машины на
стеллажи.
Технологический поток состоит из центробежной машины, устройства
для разворота патрубков, электросварочной машины и пресса для испы-
тания труб на герметичность при давлении до 40 кгс/см2.
Патрубки изготовляют при скорости вращения изложницы для труб
диаметром 100 мм во время заливки 600 об/мин с последующим увели-
чением скорости до 950 об/мин*, для труб диаметром 100 мм — соответ-
ственно 500 и 800 об/мин. Температура изложницы при заливке 350—
400° С. Производительность машины 25—40 отливок в час.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА
ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА В ИЗЛОЖНИЦЫ С ПОКРЫТИЕМ
Принципы технологии. Трубы большого диаметра изготовляют на
машинах с горизонтальной осью вращения и с подвижным желобом.
Изложницы футеруют слоем песчано-смоляной смеси. Чугун плавят в
вагранках производительностью 20 т/ч. Часть выпускаемой порции чу-
гуна (от V3 до V4) заливают в герметичную камеру, где его обрабаты-
вают магнием или его сплавами с ферросилицием, церием и т. д.
Другая часть чугуна (от 2/3 до 3/4) поступает во встряхивающий ковш
для обессеривания и корректирования содержания углерода и кремния.
Затем обе порции смешивают и в процессе заливки добавляют 50%-ный
ферросилиций непосредственно в струю чугуна. В результате такой об-
работки структура литой трубы почти не содержит свободного цементи-
та. Это позволяет снизить температуру отжига, уменьшить деформацию
при отжиге и получать более стабильные размеры отливок.
Центробежная машина для литья труб большого диаметра (рис. 135)
имеет следующие особенности. Все опорные ролики 7 являются привод-
ными. Каждая пара роликов приводится во вращение отдельным элек-
тродвигателем 8 постоянного тока мощностью 55 кет.
Изложницы 6 для труб диаметром до 1524 мм (60") изготовляют из
стальных отливок, а более крупные — сваркой из листа. Изложницу
выполняют разъемной, она состоит из цилиндрических секций и рас-
трубной части, соединенных между собой болтами. Желоб 5 и секторный
разливочный ковш 3 смонтированы на регулируемой по высоте подъем-
ной платформе 4 тележки 2. Поворот ковша и передвижение тележки
осуществляется силовыми цилиндрами.
Подготовка изложницы заключается в нанесении слоя песчано-смо-
ляной смеси. Оптимальная температура изложницы при этом 200—
220° С.
00
Рис. 135. Центробежная машина для литья труб большого диаметра из высокопрочного чугуна
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРУБ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГ>НА 179
После извлечения трубы температура изложницы 400е С, поэтому
ее охлаждают водой. Для получения равномерной толщины покрытия
отклонения температуры изложницы по окружности должны быть в пре-
Рис. 136. Микроструктура труб из высокопрочного чугуна:
а и б — до и пос ie термической обработки (Х100)
делах ±5°, а по длине — до ±10 . Покрытия наносятся в два слоя: пер
вый рассчитан на хорошее сцепление со стенкой изложницы, а второй-
на получение гладкой внутренней
поверхности.
Скорость вращения изложницы
в начале заливки характеризуется
гравитационным коэффициентом
k = 25, а по окончании заливки —
до k = 60.
Температура заливаемого метал-
ла 1300—1330° С. Когда температу-
ра отливки снизится до 500—
600° С, ее извлекают и передают на
отжиг. Продолжительность цикла
литья одной трубы диаметром
1600 мм составляет 2,7 ч.
Свойства отливок. Морщины на
внутренней поверхности особенно
часто наблюдаются у центробежных
отливок из высокопрочного чугуна.
К. Танака на основе исследова-
ния пришел к заключению, что на
образование морщин наиболее силь-
Рис. 137. Испытание кольцевого об-
разца трубы диаметром 1625 мм на
сжатие
но влияют содержание углерода и кремния в чугуне и температура за-
ливки [123].
При коэффициенте эвтектичносги чугуна 0,7—0,92 качество внутрен-
ней поверхности было удовлетворительное, а при 0,94—1,0 плохое.
180 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
Размеры трубы зависят от усадки, которая, в свою очередь, зависит
от содержания цементита в структуре. Если не модифицировать высоко-
прочный чугун, то содержание цементита будет колебаться от 25 до
40%, что увеличивает расширение чугуна.
При выплавке высокопрочного чугуна с модифицированием усадка
составляла 0,9—1,1%, расширение 0,4—0,5%; при выплавке без моди-
фицирования усадка чугуна составляла 0,9—1,2%, расширение 1—1,3%.
Микроструктура труб приведена на рис. 136.
Механические свойства труб: ов = 42-е-47,5 кгс!мм2\ 6= 124-18%;
НВ 150—170; модуль упругости (16,4—16,8) 103 кгс!мм2.
Кольцо из трубы при сжатии до 74 номинального диаметра не долж-
но давать трещин (рис. 137).
Средний состав высокопрочного чугуна в %: 3,0-е-3,5 С; 2,0<-2,2 Si;
0,3 Мп; 0,06 Р; 0,008 S; 0,05 Mg.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРУБ В РАЗОВЫЕ ФОРМЫ
Литье чугунных труб в разовые (песчано-глинистые) формы про-
изводят на ряде заводов. На Макеевском труболитейном заводе по этой
технологии работают две полуавтоматические линии. Он выпускает во-
допроводные трубы диаметром 50 мм, двухфланцевые и содовые трубы.
Полуавтоматическая линия для отливки труб в разовые формы. На
полуавтоматической линии выполняются все операции технологического
процесса: изготовление песчано-глинистых форм и раструбных стерж-
ней, литье труб на центробежных машинах, выбивка отливок, очистка,
обрезка, гидроиспытание отлитых труб и подача их на склад готовой
продукции [20].
В каждой линии (рис. 138) имеется по четыре формовочных машины
и пять центробежных труболитейных машин.
Формы окрашивают на двух агрегатах в вертикальном положении
свободным сливанием краски. Далее их транспортируют в печь для по-
верхностной сушки на глубину до 15 мм. Подсушенные формы подают
на сборку с раструбными стержнями и ограничительными кольцами.
Собранные формы поступают на центробежные машины для залив-
ки, а затем через тоннель в очистные камеры. В очистной камере выпол-
няют последовательно следующие операции: очистку раструба от остат-
ков стержня; удаление слоя формовочной смеси продувкой сжатым воз-
духом; извлечение трубы из формы; очистку пустых опок (наклоненных
под углом 60°) от остатков формовочной смеси с помощью вибраторов.
Очищенные опоки подают к формовочным машинам.
Трубы осматривают, обрезают, затем они поступают на автоматиче-
ский гидропресс для испытания, а потом на асфальтирующий агрегат,
откуда передаются на склад готовой продукции.
Формы изготовляются на пуапсоно-шнековых машинах системы
Я. И. Семенова, А. Д. Дроздова и И. М. Богорада.
Сущность метода формовки на этих машинах заключается в следу-
ющем: опоку (ротор) устанавливают на тележке, и формовочная смесь
подается в нее шнеком, имеющим на конце цилиндрический пуансон,
который служит моделью трубы. Шнек надавливает на смесь, смесь уп-
лотняется, обжимается вокруг пуансона и передает продольное давле-
ние на опоку. Это давление перемещает тележку, и постепенно образует-
ся форма с отверстием по всей длине опоки (ротора).
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРУБ В РАЗОВЫЕ ФОРМЫ 181
Степень уплотнения формовочной смеси зависит от сопротивления,
которое необходимо преодолеть при перемещении тележки. Во время
формовки ротор вращается, что обеспечивает равномерное уплотнение
смеси по всей окружности.
Пуансоно-шнековая формовочная машина (конструкция ЦНИИТ-
МАШ) (рис. 139) имеет привод 1 вращения шнека 2, тележку 3 с рото-
ром и ее тормозное устройство.
1 — формовочная машина; 2 — установка
для окраски форм; 3 — конвейер подачи
сырых форм на сушку; 4 — конвейер подачи сухих форм под заливку; 5 — те-
лежка для транспортировки опок; 6 —центробежная машина; 7 — опускатель
залитых форм; 8 — конвейер подачи залитых форм иа выбивку; 9 — конвейер
подачи опок на очистку; 10 — очистной агрегат; 11 — подъемник опок; 12 — кон-
вейер распределения опок по формовочным машинам; 13 — подъемник подачи форм
на сушку; 14 — конвейер печи 15; 16 — опускатель сухих форм; 17 — вагранка;
18 — конвейер передачи отливок труб на обрезной станок 19; 20 — гидропресс;
21 — конвейер подачи труб на асфальтирование
Во время формовки шнек и ротор вращаются в противоположных на
правлениях. Шнек транспортирует смесь по направлению к пуансону
Уплотнение формовочной смеси производит конечный виток шнека. На
конце шнека закреплен стальной пуансон, являющийся моделью ци-
линдрической части трубы.
Тележка формовочной машины перемещается по рельсам, располо-
женным вдоль оси шнека. На тележке формовочной машины, в средней
ее части, расположены (в кронштейнах) опорные ролики, на которые
устанавливается ротор.
Два нажимных ролика 4 крепят на тех же кронштейнах. В некото-
рых конструкциях ротор зажимают с торцов в патронах. На одном кон-
це тележки, со стороны основания шнека, к ротору примыкает бункер 5
для формовочной смеси, с другой стороны — планшайба задней бабки 6
с приводом для вращения ротора. Этот привод состоит из электродви-
гателя, ременной, червячной и зубчатой передач.
4
6
Рис. 139. Пуансоно-шнековая формовочная машина (ЦНИИТМАШ) ,
00
ьо
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРУБ В РАЗОВЫЕ ФОРМЫ
183
Между рельсами располо-
жен гидроцилиндр 8, в кото-
рый входит плунжер 7, связан-
ный с тележкой. Этим гидрав-
лическим устройством создает-
ся сопротивление, тормозящее
движение тележки, что обеспе-
чивает необходимую плотность
формы.
Центробежные машины для
литья труб в разовые формы.
Машина модели ЦМФ-2 (рис.
140) состоит из станины /; за-
ливочной тележки 2 с поворот-
ным ковшом 8, воронкой 4 и
желобом 5; неподвижной шпин-
дельной бабки 6 с коническим
патроном 10\ сменного ротора
13\ опорной тележки 12 для
ротора; подвижной шпиндель-
ной бабки 17 с коническим па-
троном 14 и гидроцилиндром
19\ электродвигателя с клино-
ременной передачей. Угол на-
клона оси вращения изложни-
цы 0,5°.
Ротор 13 изготовляют в ви-
де цилиндрического корпуса с
поясками для перекатывания
по балкам, двумя коническими
кольцами 11 и с крышками 22.
На рис. 140 показана форма
для литья двухфланцевых
труб. Цилиндрическая часть
трубы изготовляется в роторе,
а фланцы (круглые или квад-
ратные) — в кокиле 22 (крыш-
ке) со стержнем 21. При литье
раструбных труб к торцу рото-
ра крепят поддон с песчаным
раструбным стержнем. Ротор
во время заливки зажат двумя
коническими патронами и опи-
рается на бабки 6 и 17. Вра-
щение ротору сообщает патрон
10, соединенный с приводным
клиноременным шкивом 9, по-
саженным на полый шпин-
дель 7.
В отверстии шпинделя 7
располагается трубка 8, в ко-
торую входит заливочный же-
лоб 5. Трубка 8 установлена
№
ООН
Рис. 140 Машина модели ЦМФ-2 для центробежного литья труб в разовые формы
184 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
с Целью изоляции шпинделя 7 и его подшипников от нагрева жидким
металлом, протекающим по желобу.
Зажим ротора в патронах осуществляется гидроцилиндром 19 через
зубчато-реечную передачу 18 и цилиндрический ползун 16, в котором
смонтирован полый шпиндель 15 патрона 14.
Машина работает следующим образом. Цилиндр 19 передвигает
ползун 16 вправо и освобождает место для подачи ротора 13. Ротор в
сборе перекатывают по направляющим на тележку 12. Передвижением
патрона 14 влево зажимают ротор. Прн этом ои приподнимается над
тележкой 12. Включают привод вращения ротора, придвигают заливоч-
ную тележку и заливают металл. Затем отодвигают заливочную
тележку, очищают и окрашивают желоб и металлоприемник. После
затвердевания отливки ротор останавливают, патрон 14 отодвигают и
ротор одним конном опускается на тележку 12. Затем цилиндром 20
передвигают тележку вместе с ротором н выводят его нз патрона 10.
Ротор, лежащий на тележке, перекатывают по направляющим за преде-
лы машины.
На практике также применяют конструкции центробежных машин
с изменением угла наклона формы (рис. 141). В этом случае рама
машины опирается одним концом иа шарнир, а другим присоединяется
к подъемному устройству, изменяющему наклон формы.
Технология пуансоно-шнековой формовки [47]. Ротор без крышки
устанавливают на опорные ролики тележки формовочной машины и
крепят двумя нажимными роликами.
Тележку формовочной машины перемещают, при этом шиек входит
в ротор, а пуансон — в отверстие задней бабки. Установленный на
тележке бункер наполняют необходимым количеством формовочной
смеси н включают приводы вращения шнека и формы. Шнек и форма
вращаются в разных направлениях. Опыт эксплуатации пуансоно-
шнековых машин показал, что для получения качественных форм необ-
ходимо следующее:
а) выдерживать определенное отношение между скоростями вра-
щения ротора и шнека I п"‘н- = 3,6 );
' Пр
б) не завышать степень уплотнения форм, чтобы облегчить продоль-
ную усадку трубы;
в) уплотняющий виток шнека изготовлять из материалов, обладаю-
щих высокой износостойкостью.
Подпрессовка формы моделью раструба дает возможность придать
достаточную прочность раструбной части. Торцы формы подрезают
специальными ножами.
При литье труб в сырые формы, согласно данным ЦНИИТМАШа
[47], изменение газопроницаемости и влажности соответственно измене-
нию состава смеси не влияет на технологию изготовления нли на
качество формы.
Особенностью литья в сырые формы является то, что в дальнем от
заливки конце формы интенсивное выделение газов начинается раньше
подхода металла. Поэтому увлажнение смеси свыше 7% вызывает брак
отливки по газовым раковинам.
В формовочной смеси для литья труб в качестве противопригарных
добавок (кроме постоянной добавки 1% сульфитной барды) исполь-
зовали антрацит и графит. Лучшей добавкой оказался черный графит.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРУБ В РАЗОВЫЕ ФОРМЫ 185
Рис 141. Цешробежиая машина для литья конденсаторных труб с изменением наклона оси вращения
186_________________________________________-_____ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЧУГУННЫХ ТРУБ
При добавке 2,5—3% его в смесь обеспечивается хорошая поверхность
отливок, а пригар легко очищается щеткой.
Технология литья труб. На Макеевском труболитейном заводе маши-
ны модели ЦМФ-2 установлены с постоянным наклоном 0,5°. Скорости
вращения формы указаны в табл. 40.
Металл удовлетворительно распределяется вдоль формы длиной
3,2 м. Производительность машины 15—20 труб в час.
На машинах с изменяемым
сек
20
16
16
14
12
10
Область
неправильной
• технологии х х о
о °О
правильной
о технологии
о о
i . . I ...I . j ! i i
1250 1300 1350 °C
I 1
1200
Рис. 142. Влияние скорости залив-
ки и температуры металла и а ка-
чество отливок:
Условные обозначения: • металл не
дошел до конца формы; X — стенка
трубы со стороны заливки тоньше, чем
с противоположной; о — годные от-
ливки
наклоном заливку производят
при наклоне 1,5°, а к концу за-
ливки переводят изложницы в
горизонтальное положение.
Таблица 40
Скорость вращения формы
на машине модели ЦМФ-2
при литье труб различного
диаметра
Внутренний диаметр трубы в мм Скорость вращения В об!мин Гравитацион- ный коэффици- ент на внут- ренней поверх- ности формы
50 1400 54,8
70 1200 56
100 1000 56
I 24
| 22
Исследование технологии центробежного литья двухфланцевых
конденсаторных труб в сырые песчано-глинистые формы показало, что
существенное значение для формирования отливки имеют температура
и скорость заливки [47].
При низкой температуре металл медленно стекает в дальний конец
формы и диаметр отверстия трубы в нем получается больше, чем в
переднем.
При медленной заливке в конце формы газы начинают интенсивно
выделяться еще до создания металлом полного давления, что приводит
к образованию газовых раковин.
На рис. 142 представлена область правильной технологии заливки,
обеспечивающей получение годных отливок. Эта область ограничивает-
ся прямыми линиями, соответствующими температурам от 1280 до
1340° С и продолжительности заливки 14—20 сек.
Если уменьшить продолжительность заливки до 12 сек, то температу-
ра металла при заливке может быть соответственно снижена.
По данным металлографического исследования труб на глубине
0,5—1 мм от наружной поверхности отливки имеется эвтектический
графит как результат ускоренного охлаждения наружного слоя металла
со стороны сырой формы.
В средней части сечения и на внутренней поверхности отливка
имеет мелкий, пластинчатый, слегка завихренный графит.
Структура основной металлической массы — пластинчатый перлит
с включениями фосфидиой эвтектики.
Центробежное литье водопроводных труб в ЧССР [88]. На труболи-
тейном заводе в ЧССР изготовляют центробежным литьем в песчано-
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ТРУБ В РАЗОВЫЕ ФОРМЫ 187
глинистые формы водопроводные трубы. Технологический поток состоит
из двух линий: 1) формовки и заливки; 2) охлаждения и выбивки
отливок. Роторы с одной линии на другую передаются троллейкарами.
В обороте находится 80 роторов. Формовку производят на карусельных
установках. На специальном столе модели трубы и раструба вкладыва-
ют в ротор, установленный вертикально. Затем ротор передается на
встряхивающую машину, а после уплотнения смеси снова на специаль-
ный стол, где вынимают модели. После окраски п подсушки формы
ротор ставят горизонтально, передают на центробежные машины и
заливают металл.
После затвердевания трубы ротор поступает на линию охлаждения
(туннель). Отливки выбивают в пыленепроницаемой камере. Форму
разрушают сжатым воздухом. Шланги, подающие сжатый воздух, за-
крепляют па подвижной тележке, управляемой дистанционно. Обратный
транспорт смеси пневматический.
Технико-экономические показатели литья труб
на этом заводе
Годовая производительность одного рабочего в т . . 140
Годовой съем с 1 я2 площади в т . 3
Выход годного литья в % . . . . . .94
Брак в % ................................. -5
Затраты электроэнергии на 1 т труб в квт-ч.........140
Расходы свежих формовочных материалов на 1 т труб
в кг...............................................100
ГЛАВА IX
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
ЗАГОТОВКИ ДЛЯ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ 1
Кольца подшипников качения являются изделиями, к которым
предъявляются высокие требования в отношении чистоты металла
(сталь ШХ15СГ), отсутствия микропорнстости и др.
Промышленное освоение центробежного литья колец подшипников
на I ГПЗ показало, что получаемые этим методом кольца ни в чем не
уступают кольцам из проката. Больше того, кольца из проката имеют
отрицательную особенность — они сохраняют волокнистое строение,
присущее пруткам, в которых волокна вытянуты вдоль направления
прокатки.
В результате ковки волокна деформируются, в отдельных местах
завихряются и, особенно в наружных кольцах подшипников, прорезан-
ные поперек волокна выходят на беговую дорожку (рис. 143). Эти
места являются очагами постепенного разрушения дорожки при работе
подшипника.
Раскатанные заготовки, полученные центробежным литьем, выгодно
отличаются отсутствием волокон и однородностью макроструктуры.
Опыт показал, что применение центробежного литья наиболее целесо-
образно для изготовления внутренних колец среднегабаритных
подшипников. Стоимость литых колец оказалась значительно ниже
стоимости колец нз проката.
Выпускаемые заводом в течение многих лет подшипники с литыми
кольцами показали хорошие эксплуатационные качества в самых раз-
личных н весьма тяжелых условиях.
Принципы технологии. Заготовка рассчитана на изготовление из нее
одного кольца. Литье производят на горизонтальных центробежных
машинах с консольной изложницей.
Машины установлены в ряд, и металл разливают, переходя от
машины к машине. Число машин подобрано таким образом, чтобы после
заливки последней машины в ряду первая машина была вновь готова
к приему металла. Литая заготовка (рис. 144, а) подвергается осадке
под молотом (рнс. 144,6), затем она обкатывается для восстановления
цилиндрической формы (рис. 144, в) и поступает на горячую прошивку
(рнс. 144, а). Прошивкой удаляют внутреннюю дефектную зону отлнвки
(рнс. 145). За прошивкой следует раскатка и дальнейшие операции
1 Этот раздел главы написан по материалам А. М. Требелева.
ЗАГОТОВКИ ДЛЯ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ 189
термической и механической обработки (рис. 144, д), которые не отли-
чаются от обычной технологии изготовления колец из проката.
Вопрос о том, на сколько колец должна быть рассчитана заготовка,
можно решить по-разному. В начале освоения получали заготовки,
рассчитанные на изготовление восьми наружных колец подшипника
90310. Отливку растачивали по внутреннем}7 диаметру и разрезали на
кольца. Однако такая технология себя не оправдала вследствие боль-
шой трудоемкости и дороговизны операций отжига и механической
обработки. Возможно, что применение более производительных методов
разрезки (например, электроискровым способом, поперечной прокаткой
и др.) и позволит в дальнейшем вернуться к заготовкам, рассчитанным
на получение нескольких колец.
Рис. 143. Макроструктура кольца подшипника, изготовленного из проката
Для центробежного литья были отобраны кольца средних размеров.
Отбор колец для центробежного литья и выбор размеров отливки
производили с учетом ряда технологических соображений:
1. Наиболее подходящими являются кольца двухрядных роликопод-
шипников, так как беговые дорожки у этих колец разнесены по краям
и, следовательно, не попадают в зону наибольшего развития усадки,
расположенной по середине кольца.
2. У внутренних колец беговые дорожки располагаются в наружных
зонах, отличающихся наиболее чистым и здоровым металлом. Из
15 типоразмеров освоенных колец 9 являются внутренними кольцами.
3. Масса заготовок должна быть не менее 30—35 кг. Меньшая мас-
са заготовок привела бы к затягиванию разливки металла и вытекаю-
щим отсюда затруднениям.
4. Одинаковый внутренний диаметр у всех заготовок (90 мм) дает
возможность обходиться одним размером прошивня (диаметр 120 мм)
и использовать одинаковый режим вращения при литье.
5. Большая пластическая деформация отливки позволяет раздро-
бить дендриты, уменьшить или заварить микропоры, имеющиеся в литом
металле. Сечение заготовки выбирают из расчета, что при раскатке за-
готовка будет обжата примерно в 1,8—2 раза.
190__________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 145. Отливка кольца с зоной, удаляемой прошивкой
ЗАГОТОВКИ ДЛЯ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ.
191
колец по наружным
футеровки:
97% SiO2,
Рис. 146. Планировка участка центро-
бежного литья заготовок для подшип-
никовых колец:
/ — центробежные машины; 2 — кран-
балка 3 т; 3 — тигель; 4 — шихтовая
площадка; 5 — помещение для батареи
и щнтов управления
целиком в
6. На размер заготовки влияет величина припуска, подлежащего
удалению прошивкой. Этот припуск не должен быть чрезмерным.
Размеры припусков на механическую обработку литых заготовок
несколько больше, чем у заготовок из проката. Припуски на токарную
обработку по наружному диаметру больше на 2—3 мм, по внутреннему
на 4—5 мм и по высоте на 5—6 мм. Небольшое увеличение припусков
оправдано тем, что оно резко снижает брак
дефектам.
Оборудование и технологический процесс. На рис. 146 приведена
планировка участка центробежного литья подшипниковых колец
на 1 ГПЗ (г. Москва). Плавильным
агрегатом служит однотонная ин-
дукционная печь повышенной часто-
ты (1000 гц). Печь имеет два тигля
<3, работающие попеременно. Футе-
ровка тигля кислая, выдерживает
40—50 плавок. Состав
кварцит с содержанием
бура и молотое стекло.
Плавка выпускается
полуторатонный чайниковый ковш с
отверстием диаметром 50 мм. После
удаления шлака поверхность метал-
ла в ковше покрывают слоем квар-
цевого песка, после чего начинают
разливку по машинам 1.
Перед началом заливки излож-
ницы нагревают до 150—200° С. На-
грев изложниц свыше 250° С не до-
пускается. Для поддержания тре-
буемой температуры используют во-
дяное охлаждение.
Продолжительность заливки од-
ного кольца 30—70 сек. Скорость
заливки вначале дается максималь-
ная и несколько снижается к концу.
По окончании заливки ковш с
металлом подается к следующей машине, желоб отводится и включа-
ется охлаждение изложницы.
Продолжительность разливки всей плавки 20—30 мин. На каждой
машине за это время изготовляют три заготовки. Интервал между за-
ливками 6—10 мин. Охлаждение отливки в машине при вращении
изложницы длится 4—5 мин.
При удалении из изложницы температура отливки 900—950° С.
Дальнейшее остывание отливки происходит на воздухе.
Оценка качества отливок и виды брака. Качество подшипниковой
стали в большой степени определяется содержанием и формой неме-
таллических включений (оксидных, сульфидных, силикатных), микропо-
ристостью, степенью развития карбидной ликвации и наличием
карбидной сетки. Оксиды в прокатанной стали имеют строчечную форму
по направлению прокатки, в то время как в литой стали они имеют
форму точечных скоплений. Это обстоятельство потребовало разработки
для оценки качества литых заготовок особых шкал включений, которые
192___________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
равноценны шкалам ГОСТа по размерам площади, занимаемой включе-
ниями, но отличаются формой включений.
При выработке технических условий на приемку литых заготовок
для колец по некоторым видам включений был установлен более высо-
кий допустимый балл, чем это предусмотрено ГОСТом для заготовок,
получаемых из проката. Так, по силикатным включениям допускается
4 балла (вместо 3 баллов для колец из проката). По микропорам до-
пускается 3,5 балла (вместо 3 баллов). Увеличение допустимого балла
имеет серьезное основание. По данным массовых исследований содер-
жание неметаллических включений в литых заготовках значительнс
выше, чем в готовых кольцах (табл. 41).
Таблица 41
Содержание неметаллических включений и микропор в кольцах
Стадия изготовления колец Выпады в %
по ОКСИД- НЫМ вклю- чениям по силикат- ным вклю- чениям по мнкро- порам
В ЛИТОМ СОСТОЯНИИ , 10,7 2,5 33,4
После раскатки и механической обработки ... 5,0 1.25 7,5
Уменьшение включений и пористости в готовых кольцах можно
объяснить двумя причинами:
1. В результате деформации отливки при прошивке и раскатке
оксидные и другие включения рассредоточиваются, группы их скоп-
лений становятся меньше и переходят в более низкие оценочные баллы.
Микропоры в результате деформации, по-видимому, частично
завариваются.
2. При механической обработке удаляется значительная часть
включений, поскольку они сосредоточиваются на внутренней поверх-
ности. Распределение включений и микропор по зонам отливки пред-
ставлено в табл. 42. 64,8% выпадов по оксидным включениям и 66,4%
Таблица 42
Распределение включений и микропор в отливке
Зона отливки Средние баллы
по оксид- ным вклю- чениям по суль- фидным включени- ям по карбид- ной неод- нородности по сили- катным включени- ям по мнкро- порам по карбид- ной сетке
Наружная 1,82 1,12 1,32 2,03 2,39 1,93
Средняя 1,92 1,14 1,58 1,62 2,5 1,76
Внутренняя 1 2,18 1,22 1,82 2,54 3,11 2,26
1 Слой, удаленный прошивкой, не учитывается.
по силикатным включениям приходится на периферийные зоны отливки,
которые при раскатке утоняются и в значительной части удаляются
механической обработкой. Микропористость более равномерно располо-
жена по сечению, но в результате раскатки она сильно уменьшается.
ЗАГОТОВКИ ДЛЯ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ 193
Виды дефектов колец
Таблица 43
Вид дефектов Баллы 2 3 =' И к Вид дефектов Баллы Выпады в % Вид дефектов Ба члы Выпады в %
Оксидные включения Более 3 Более 4 Средний балл 1,73 5 0 Силикатные включения (глобули) Более 3 Более 4 Средний балл 1,1 0 0 Микропоры Боле? 3 Более 4 Средний балл 0,8 5 0
Таковы основания для
некоторого повышения
оценочного балла для
приемки отливок.
Преобладающими де-
фектами отливок являют-
ся силикатные включения
и микропоры. Шихта со-
стояла из отходов стали
ШХ15, поэтому содержа-
ние серы в металле не
могло превысить установ-
ленных пределов.
Карбидная ликвация
наблюдалась очень ред-
ко. Для устранения ее от-
ливки подвергали термо-
обработке (нормали-
зации).
Количество выпадов
по видам дефектов пред-
ставлено в табл. 43.
Влияние технологиче-
ских факторов на каче-
ство литых колец. Для
определения толщины
Рис. 147. Зависимость дефектов (включения и по-
ристость) отливок подшипниковых колец от тол-
щины стенки:
Условные обозначения:
-------- средний балл
выпады в %;
слоя, подлежащего удале-
нию при прошивке, было
изготовлено 30 отливок с
различными припусками.
После расточки внутрен-
них отверстий до одина-
кового диаметра исследовали
определяли содержание неметаллических включений в отливке.
Оказалось, что увеличение толщины стенки отливки сверх оптималь-
ной величины снижает качество отливок (рис. 147).
Повышение скорости вращения содействует очищению металла от
качество внутренней поверхности, а также
неметаллических включений и улучшает условия питания.
Изменение скорости охлаждения внутренней поверхности отливки
влияет на глубину усадочной зоны. Например, при утеплении внутренней
поверхности отливки экзотермической смесью, состоящей из 23%
1 94 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
алюминиевого порошка, 65% окалины (от кузнечных заготовок), 12%
шамотного порошка, глубина усадочной зоны уменьшается в 2—2,5 раза
(рис. 148) и уменьшается брак по оксидным включениям и микропо-
рам. Смесь (200 г) вводят в отливку сразу после окончания заливки
металла.
Структура и механические свойства центробежнолитых колец. Мак-
роструктуры литых и раскатанных колец отличаются однородностью.
Остатки мелких дендритов, выявляемые при горячем травлении, не
нарушают плотности сечения.
Рис. 148. Макроструктура цеитробежиолитой заготовки кольца для подшип-
ника:
о и б - с утеплением и без утепления внутренней поверхности I
Однородность структуры позволяет получить шероховатость по-
верхности беговой дорожки, соответствующую 9-му классу чистоты.
Излом закаленной подшипниковой стали по ГОСТу должен быть
«фарфоровидным, шелковистым без заметных на глаз включений».
Излом литых раскатанных колец при правильной закалке всегда удов-
летворяет этому требованию.
Микроструктура центробежнолитых колец не отличается от макро-
структуры колец, полученных из проката. Механические свойства колец
приведены в табл. 44.
Технико-экономическая эффективность. По данным 1 ГПЗ центро-
бежное литье колец подшипников обеспечивает следующее:
1. Эффективное использование отходов подшипниковой стали.
Обычно отходы подшипниковой стали отправляют на металлургические
ФЛАНЦЫ Т РУ БОП РОВОДОВ 195
Механические свойства колец
Таблица 44
Способ изготовления кольца Предел текучести в кгемм1 Предел проч- ности при растяжении в кгсj мм* Удлине- ние в % Относи- тельное сужение в % Твердость HRC Ударная вязкость в кгс-м! см*
Центробежным литьем 49,5 78,8 19.5 41,9 63,6 0.41
Из проката 49.2 76 21.2 41,7 63,5 0.39
заводы, где их используют как скрап при выплавке стали. Транспорти-
ровка отходов связана со значительными расходами, частичной потерей
отходов, длительным оборотом.
Центробежное литье колец подшипников из отходов исключает
транспортные расходы, уменьшает потери отходов, позволяет ускорить
оборот отходов.
2. Увеличение выхода заготовок из центробежной отливки (70%)
по сравнению с выходом поковок из слитка (48,4%).
ФЛАНЦЫ ТРУБОПРОВОДОВ
Целесообразность применения центробежных отливок взамен поко-
вок можно показать на примере литья фланцев трубопроводов. Для
паро- и нефтепроводов фланцы изготовляют из углеродистой и низколе-
гированной стали, а для высокотемпературных трубчатых печей химиче-
ской промышленности — из стали 0Х18Н10Т.
Были разработаны и опробованы два варианта технологии центро-
бежного литья фланцев: а) в металлическую охлаждаемую форму;
б) в песчаный стержень [57].
Литье фланцев в металлическую форму. Фланцы изготовляют на го-
ризонтальной машине. Рабочие поверхности металлических форм
покрывают теплоизолирующей краской, для малых фланцев покрытие
тонкое, а для крупных — толщиной до 3,5 мм.
Металлические формы охлаждают водой. На рис. 149, а показаны
оснастка и отливка фланцев с наружным диаметром 300 мм.
При литье фланцев с наружным диаметром до 300 мм можно покры-
вать изложницу расплавленной обезвоженной древесной смолой. На
горячей изложнице легкие составляющие смолы быстро улетучиваются,
оставляя некоторый слой кокса. Если обезвоженную смолу держать
в расплавленном состоянии с некоторым перегревом, к ней можно до-
бавлять 10—15% пылевидного кварца, что значительно увеличивает
толщину слоя и повышает эффективность покрытия.
При литье крупных фланцев диаметром 600 мм используют специ-
альные покрытия.
Хорошие результаты были достигнуты при использовании покрытия
следующего состава; 50% прокаленного пылевидного кварца, 50% воды,
7% жидкого стекла, 1,5% едкого натра (10%-ный), 0,1% мыла.
На поверхность этой краски наносят тонкий слой углеводородистого
материала, например обезвоженной древесноугольной смолы, раство-
ренной в ацетоне в соотношении 50/50. Покрытие наносят в данном
случае в два приема с помощью инжектирующего пульверизатора.
196 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
Покрытие на сульфитной барде (10%, плотность 1,25 г/елг3) не тре-
бует нанесения углеводородистого материала.
Литье фланцев диаметром 300 и 600 мм производили соответственно
при скоростях вращения форм 650 и 390 об1мин\ продолжительности
цикла 5—7 и 17—25 мин.
Фланцы диаметром 600 мм изготовляли с припусками на механиче-
скую обработку: по наружной поверхности 10 мм, по внутренней —
25—35 мм.
Припуск по внутренней поверхности выполняет функцию прибыли.
Величина его обусловливается глубиной залегания усадочной пористо-
сти в отливке.
Рис. 149. Металлическая изложница (а) для литья фланца
диаметром 300 мм и форма (б) из песчаных стержней для
литья фланца диаметром 260 мм
Химический состав отливок в %: С = 0,17 -4- 0,30; Si = 0,15 0,27;
Мп = 0,35 0,66; S = 0,027 0,030; Р = 0,010 - 0,015.
Ликвация элементов не была обнаружена, колебания химического
состава по зонам находились в пределах ошибки анализа. Незначитель-
ность ликвации объясняется тем, что отливка затвердевает с трех
сторон.
Отливки, кроме зоны припуска на механическую обработку по
внутренней поверхности, получаются плотными без литейных дефектов.
Отливки фланцев диаметром 300 мм были подвергнуты термической
обработке. В результате термической обработки в большинстве случаев
механические свойства отливок превышали требуемые по ГОСТу.
В целом фланцы, полученные центробежным способом, по механическим
свойствам нс уступают кованым [42].
Технология литья фланцев из стали 0Х18Н10Т в стержнях
(рис. 149,6). Стержни изготовляли из обычной жидкостекольной смеси
и припудривали цирконовой мукой.
Сталь выплавляли в индукционной печи емкостью 50 кг и выпускали
при 1620—1640° С. Заливку производили при 1530—1560° С. Скорость
вращения формы 1750 об;мин (гравитационный коэффициент на внут-
ренней поверхности отливки k = 253). Продолжительность заливки
ТРУБНЫЕ ЗАГОТОВКИ И ТРУБЫ 197
металла 10—15 сек, вращения формы 7—8 мин. Отливку удаляли
вместе со стержнем пневматическим толкателем.
При термической обработке фланцы нагревали до 1050° С, выдер-
живали 4 ч и охлаждали на воздухе. По сравнению с поковками, про-
шедшими такую же термическую обработку, пластичность центробеж-
ных фланцев при одинаковой прочности была в 1,5 раза выше.
Технико-экономическая эффективность. Замена кованых фланцев
центробежными дает следующие преимущества:
1) повышается выход годного металла;
2) снижается объем металла, снимаемого в виде стружки на метал-
лорежущих станках;
3) сокращается цикл производства и высвобождается кузнечно-
прессовое оборудование.
Отливка фланца диаметром 300 мм весит 185 кг, а после
механической обработки 130 кг. Выход годного металла составляет до
70,3%, т. е. в 3 раза выше, чем при ковке. Масса центробежной отливки
может быть снижена до 140—150 кг, если предусмотреть припуск на
обработку только торцовой и внутренней поверхностей.
ТРУБНЫЕ ЗАГОТОВКИ И ТРУБЫ
Трубную заготовку получают из сплошных кованых пли катаных
заготовок, или непосредственно из слитков путем прошивки в них от-
верстия на специальных прошивных станах.
Применение центробежнолитой трубной заготовки исключает
операцию прошивки, что является основным ее преимуществом, в осо-
бенности при труднодеформпруемых сталях.
Кроме того, центробежные трубные заготовки дают следующие
преимущества: устраняют ряд переделов при производстве труб; дают
возможность получения из любых сталей на всех видах трубопрокатно-
го, прессового и трубоволочильного оборудования труб самых различ-
ных размеров, а также возможность прокатки труб на станах непосред-
ственно из пентробежнолптых заготовок; большую экономию металла;
сокращают время нагрева металла, расход электроэнергии, инстру-
мента; значительно упрощается изготовление биметаллических труб.
Экономическая эффективность производства труб из сложнолегиро-
ванных сталей центробежным литьем еще выше, чем труб из углероди-
стых сталей [79].
Помимо уменьшения себестоимости труб, применение центробежно-
литых трубных заготовок высвобождает обжимное оборудование,
которое может быть использовано для увеличения выпуска сортового
проката без ввода новых мощностей.
Центробежная трубная заготовка поступает на дальнейший передел
(прокатку, прессование и др.) до или после механической обработки,
необходимой для удаления дефектных зон отливки. Процессы прокатки
трубных заготовок имеют особенности, вызванные свойствами этих
заготовок [ПО]. Центробежные заготовки по прочности близки к ката-
ным заготовкам, а по пластичности несколько уступают им. С учетом
этой особенности на первых этапах прокатки используют режим,
предусматривающий повышение пластических свойств металла.
В тех случаях, когда центробежнолитая заготовка поступает на
прокатку без предварительной механической обработки, применяют
i Таблица 45
Параметры центробежного литья трубных заготовок [17—19, 70, 72, 81]
№ Марка стали _ Размеры заготовки в мм Толщина 'футеровки в мм Скорость вращения в об/мин Гравитационный коэффициент Окружная скорость формы в м/сек D d Температура заливки в °C Скорость заливки в кг/сек Средняя скорость иарастаиия стен- ки отливки в мм/сек
диаметр наружный D толщина стенки диаметр внутрен- ний, d длина минималь- ный максималь- ный
1 20 245 35 175 3700 (1-й слой—5 2-й слой—1 800 63 88 10,3 1.4 1460-1480 12-14 0,73
о 45 245 35 175 370 J 1-й слой—5 2-й слой—1 800 63 88 10,3 1,4 I460-148U 12-14 0,73
3 20 290 45 200 3300 7 600 40 58 9,1 1 ,45 1570 21.4 1,09
450 22,6 32,8 6,8
4 20 290 56 178 3300 7 600 35,8 58 9, 1 1.62 1610 21,4
500 24,9 40,5 7,6
5 Ст. 3 242 48 146 3500 4,3 700 40 66 8.8 1,66 1480 13,1 0,8
6 1X I8Н9Т I 14 42 30 480 1200 35 95 7,1 2,72 1460-1490 1 .0-1,6 1,91
1450 8,6
7 X18Н9Т | 675 108 459 3500 7 370 | 38.8 57 13, 1 1,47 1500-1550 35-40 0,77
8 485 175 135 37U0 11 380 10,9 39 9,6 3,58 1480 12 0,42
650 47,2 168 16.5
9 0XI0H20T2 450 140 170 3800 8 380 13,7 36,2 7,6 2,65 1485 13 0,45
750 53,4 141 15
10 385 115 155 3700 7 400 13,9 34,5 8,1 2,48 1485 12 0.48
950 78,5 195 19. 1
1 1 0Х17Н13ДБ 0Х17Н13Д2Б 00Х17Н10Д2 99 18 63 1000 0,8-1,0 1200 51 80 6,2 1,57 1510-1550 2,8-3,5 1,76
12 ЭИ448 285 320 65 65 155 195 3200 3200 | 6-7 | 6-7 750 650 48,7 46,1 89,5 75,5 11,2 10,9 1,84 1,63 1550 1560 15—20 1 ,03
Примечание. В числителе дроби приведены начальные значения, а в знаменателе конечные значения соответствующего параметра.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
ТРУБНЫЕ ЗАГОТОВКИ И ТРУБЫ_;________________________________ . __- 199
особые меры к устранению усадочной пористости на внутренней
поверхности отливки и пригара на наружной.
Заготовки нагревают в окислительной атмосфере до образования
окалины на глубину дефектного слоя.
В настоящее время освоено центробежное литье трубных заготовок
из многих углеродистых и легированных сталей.
Технология литья. В табл. 45 приведены параметры центробежного
литья ряда трубных заготовок (по материалам ВНИТИ). Отливки были
получены в изложницах с теплоизолирующим покрытием и с горизон-
тальной осью вращения. Остальные параметры технологии представ-
ляют довольно пеструю картину. Толщина слоя футеровки колеблется
от 1,0 до 11 мм, причем в ряде случаев нет соответствия между тол-
щиной стенки отливки и толщиной теплоизолирующего слоя. Некоторые
отливки были получены с увеличением скорости вращения во время
заливки (№ 6, 8, 9, 10), другие — с уменьшением скорости вращения
после окончания заливки (ЛЬ 3, 4), третьи — с постоянной скоростью
вращения.
Скорость заливки, характеризуемая средней скоростью нарастания
стенки отливки, колеблется от 0,42 до 1,76 мм!сек.
Данные табл. 45 позволяют сделать следующие выводы:
1. Трубные заготовки удовлетворительного качества из различных
сталей могут быть получены центробежным литьем при варьировании
технологических параметров в широких пределах.
2. Отсутствие стабильности технологических параметров свидетель-
ствует о том, что пока нет еще достаточного обобщения имеющегося
опыта и не найдены оптимальные параметры технологического процесса.
3. Качество отливок в большей степени зависит от свойств сплава,
условий плавки, термообработки и т. п. и в меньшей степени от колеба-
ния технологических параметров центробежного литья.
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
Трубные заготовки небольшого развеса получают на агрегатных
установках, разработанных во ВНИИЛИТМАШе.
Агрегатная установка (рис. 150) состоит из восьми машин. Металл
(сталь) подается к машинам самоходной тележкой, на которой установ-
лены разливочный ковш и весовое устройство для дозирования металла.
Другая тележка служит для приемки и транспортировки готовых заго-
товок. Тележки движутся по замкнутому рельсовому пути. Рабочий
участок этого пути проходит вдоль фронта центробежных машин.
Возврат тележек осуществляется по криволинейному обходному
участку пути 3, который соединен с рабочим участком односторонними
пружинными стрелками. Продвигаясь вдоль центробежных машин
(слева направо), тележка 4 заливает металл в одну машину за другой.
Следом за ней на требуемом расстоянии передвигается тележка 1 для
приемки отливок.
К концу заливки последней машины агрегатной установки первая
машина вновь подготовлена для очередной заливки. Если в разливоч-
ном ковше еще имеется металл, тележка начинает новый рейс и ра-
ботает до разливки всего металла. Затем ковш подается к сталепла-
вильной печи и в работу вступает вторая сталеразлпвочная те-
лежка.
200 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
Тележка 1 отвозит отливки к месту выгрузки, сбрасывает их и по
обходному пути возвращается в исходное положение. В это время
приемку отливок от машин производит вторая тележка.
Центробежная машина (рис. 151) для литья трубных заготовок
состоит из корпуса 3 с системой охлаждения, механизма 4 наклона,
заливочной воронки 5, опорных роликов, изложницы 6, выталкивателя
и желоба для нанесения покрытия.
Корпус 3 машины устанавливают с помощью шарнира 7 на тумбу
и присоединяют к механизму 4 наклона. На корпусе установлены опор-
ные ролики для изложницы, заливочное устройство, кронштейн соеди-
няющий корпус с механизмом наклона, а также плита с электродвига-
Рис. 150. Ai ре; ат для центробежного литья труб (в плане):
I — приемная тележка; 2 — стол для ремонта заливочной воронки; 3 — обходной
участок пути; 4 — сталеразливочная тележка
телем. На нижней половине корпуса смонтированы трубы, вентили и
другие детали для подвода и отвода воды, охлаждающей изложницу.
Механизм 4 подъема и наклона изложницы состоит из винта
с трапециевидной нарезкой и бронзовой гайкой, которая через сменные
шестерни соединена с редуктором и далее с электродвигателем. Про-
должительность подъема регулируется от 2 до 27 сек\ наибольший угол
наклона 15°.
Заливочную воронку 5 устанавливают в передней торцовой части
машины. Воронка состоит из двух частей, соединенных съемной струб-
циной, что облегчает футеровку из отдельных кирпичей и удаление
настылей металла из изложницы.
Скорость вращения изложницы можно плавно регулировать от 875
до 1510 об/мин.
Выталкиватель и желоб для нанесения покрытия смонтированы на
поворотной раме 8. Их можно поочередно устанавливать соосно с из-
ложницей. Перемещение и поворот желоба осуществляются вручную.
Выталкиватель состоит из пневмоцилиндра 9 и насаженной на его шток
головки. Последняя служит для выталкивания отливки, а также для
подпрессовки отливки (при работе без покрытия).
Бункер 10 для песка имеет регулируемое отверстие, перекрываемое
затвором.
Рис. 151. Центробежная машина для литья трубных заготовок
>1Е ЗАГОТОВКИ И ТРУБЫ
202 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
Работа центробежной машины. С переднего и заднего торцов излож-
ницы 6 вставляют вручную стержни и нажимом кнопки на пульте
управления включают вращение изложницы. Одновременно устанав-
ливают заливочную воронку 5. К концу разгона вращения засыпают
песок в изложницу с помощью поворотного желоба. Желоб вводят в
изложницу и одновременно открывают заслонку бункера 10. Песок по
трубке поступает в желоб. В конце хода желоба срабатывает конечный
выключатель, и засыпка песка прекращается. После этого поворачивают
желоб на 180°, и песок покрывает изложницу. По окончании засыпки
желоб выводят из изложницы и ставят корпус наклонно. Заливку про-
изводят из ковша 2, размещенного на самоходной тележке /. В процессе
заливки корпус переходит из наклонного положения в горизонтальное.
Окончание подъема корпуса совпадает с окончанием заливки металла.
После остановки машины откидывают заливочную воронку 5, удаляют
передний и задний стержни и выталкивают отливку.
Таблица 46
Механические свойства образцов
Механические свойства Образец Состояние металла Макроструктура образцов
Столбчатая Смешанная Равноосная
Наружная зона Внутрен- няя зона Наружная зона Внутрен- няя зона Наружная зона Внутрен- няя зона
Т Л т/о 43,5 43.5 44,6 44,2 41,4 43,2 48.0 48.1 46,6 47,3 46,8 47,0
в кгс! мм2 п л т/о 43,7 43,9 43,5 43,7 42,8 45,8 49,0 49,3 — —
°т т л т/о 21,6 23,3 21,1 23,6 18,2 19,5 20,6 22,3 18,7 21.3 19,2 22,1
в кгс/мм2 п л т/о 21.4 22,4 20,7 22.5 18,5 19,5 20,8 21,8 — —
6 т л Т/О 58,4 60,1 55,3 53,9 61,8 62,8 59,0 62,2 60,6 67,8 58,8 53,3
в % п л т/о 56,1 62,0 54,6 56.8 61,8 65,5 63,0 59,9 — —
т л т/о 70,4 75,2 62,7 59,5 72,8 74,6 58,1 65,0 66,3 69,9 66,8 58,4
в °0 п л Т/О 69,1 75,2 60,8 66,3 73.2 76,0 60,9 61.8 — —
ан т л т/о 10,7 18,6 10,0 9,9 14,2 15,6 11,3 11,7 11.2 11,7 12,0 9.0
в кгс-м см~ п л т/о 11,5 13,8 10,6 10,9 15,2 16,9 12,7 115 — —
Обозначения: 7 — тангенциатьный образец; Т, О — термообработанный. П — продольный; Л — в литом состоянии;
ТРУБНЫЕ ЗАГОТОВКИ И ТРУБЫ._______________________________________________________203
Свойства отливок Ф. В. Вдовин с сотрудниками исследовал механи-
ческие свойства трубных заготовок из нержавеющих сталей в литом
и термообработанном состояниях [16]. Образцы брали из различных зон
по сечению и длине отливок различных размеров (табл. 46).
Исследование позволило сделать следующие выводы.
Механические свойства центробежных отливок из нержавеющих
сталей по длине не изменяются.
Механические свойства продольных и тангенциальных образцов
практически одинаковы.
Термическая обработка (нагрев до 1050° С, выдержка 30 мин, охла-
ждение на воздухе) не сказывается на механических свойствах.
Пластичность внутренних зон меньше пластичности наружных.
По прочности столбчатая и равноосная структуры практически
одинаковы.
Прочность внутренней зоны отливок смешанной макроструктуры
выше, чем прочность наружной.
Трубные заготовки из сталей аустенитного класса 1Х18Н9Т,
Х18Н10Т, 1Х18Н12Т и 1Х18Н12 при их литье центробежным способом
имеют некоторые особенности в отношении содержания неметалличе-
ских включений, а это, в свою очередь, влияет на структуру этих сталей
и в частности на содержание ферритной составляющей (а-фазы) [71].
Исследования показали, что центробежные отливки значительно
меньше содержат газов по сравнению со слитками из нержавеющей
стали стационарной и непрерывной разливки (табл. 47).
Таблица 47
Содержание газов в металле при литье различными способами в % [71]
Способ литья Азот Кислород Водород
Стационарный .... (1,5-4-4) • 10“2 (1,0-4-2,35) Ю“2 (0,07-4-0,2). Ю~2
Непрерывный . . 1,2-10~2 0,6-10“2 0.1 -10—2
Центробежный с откры- той внутренней поверх- ностью 1.1-io—2 0,34- КГ2 0.15- IO-2
Центробежный с изоля- цией внутренней по- верхности слоем шлака (0,25-4-0,5) • 10-2 (0,12-4-0,2)-Ю-2 0,15 10~ 2
Так как азот является сильным аустенитообразующим элементом,
то снижение содержания азота в центробежных отливках сказывается
на содержании а-фазы.
Влияние азота на выделение а-фазы особенно сильно при низких
хромовых и высоких никелевых эквивалентах [71].
При неблагоприятном соотношении хрома и никеля содержание
а-фазы резко возрастало, а пластичность и коррозионная стойкость
металла снижались. Содержание SiC>2 в наружной зоне отливки дохо-
дило до 25% общей суммы включений, что было вызвано литьем по
204 _________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
сыпучей песчаной футеровке. Наружная столбчатая зона отливки содер-
жала меньше включений, чем равноосная.
Количество включений по длине отливки практически не изменялось.
С увеличением содержания титана общее количество включений воз-
растало, а содержание кислорода и азота уменьшалось.
Опыт центробежного литья трубных заготовок из стали ЭИ448
(Х17Н13М2Т) подтвердил, что неправильное соотношение элементов в
металле приводит к развитию a-фазы и понижению пластичности метал-
ла. Для уменьшения содержания ц-фазы при выплавке было использо-
вано меньшее количество ряда элементов, чем это предусмотрено
допусками по ГОСТу 5632—61
для стали ЭП448 [19].
Содержание a-фазы в
структуре заготовок было в
пределах от 1 балла в наруж-
ных зонах до 2,5 баллов во
внутренних.
В одной из плавок приня-
тый состав не был выдержан
(18,7% Сг, 12,28% Ni).
У заготовок этой плавки
содержание u-фазы достигало
Рис. 152. Судовой гребной вал: 4 баллов, и при прокатке они
/. 2 - поковка; 3 — центробежная отливка разру ШИЛИСЬ, ТОГДа КЗ К ОС-
тальные были успешно про-
катаны в трубы. Кристаллическая структура заготовок: у наружной по-
верхности мелкокристаллическая зона 4—7 мм, затем столбчатая зона
20—40 мм и внутренняя зона равноосной кристаллизации 20— 40 мм.
Характерные дефекты отливок — вкрапления песка на глубину
2—3 мм и заливы до 8—10 мм у наружной поверхности, у внутренней
поверхности плены, пористость и шлаковые включения на глубине до
8 мм п рыхлоты до 5 мм. После снятия слоя толщиной 10 мм с наруж-
ной и внутренней поверхностей отливка не имела литейных дефектов.
После прокатки заготовок в трубы и термической обработки меха-
нические свойства металла были следующие: = 56,5 4- 59,5 кгс/мм2\
пт = 30,0 4- 34,5 кгс/мм2; д = 45,5 53,5%; if = 65 4- 73,5%;
ан = 12,1 ч- 26 кгс^м/см2, т. е. значительно выше требований
ГОСТа.
Г. И. Волковицкпй и др. получали центробежным способом трубные
заготовки из стали 0X101120T2 [18]. После удаления механической
обработкой слоя 10 мм по наружному диаметру и 20—25 мм по внут-
реннему никаких дефектов не наблюдалось. Однако при прокатке
отдельных заготовок в трубы появлялись трещины па внутренней
поверхности труб. Исследование показало, что в этих заготовках после
расточки отверстия оставалась зона равноосной кристаллизации и ей
соответствовала глубина трещин.
Из заготовок, имевших столбчатую структуру, трубы получались
качественные.
СТАЛЬНЫЕ ТРУБЫ
Стальные трубы и обечайки в литом состоянии используются в
различных отраслях машиностроения.
ТРУБНЫЕ ЗАГОТОВКИ И ТРУБЫ
205
Примером такого использования является гребной вал лито-сварной
конструкции (рис. 152).
По сообщению Такенака (Япония) центробежнолитые стальные
трубы используют в строительных конструкциях, например в лито-
сварных колоннах (рис. 153. а) станции метро, в колоннах многоярусной
станции железной дороги, в
каркасе 13-этажиого здания
(рис. 153,6) и т. п. [122].
Эти трубы получают на
горизонтальных машинах, в
которых ободы опорных ро-
ликов снабжены эластич-
ными амортизаторами для
снижения вибрации и полу-
чения чистой внутренней
Поверхности.
На рис. 153, в приведена
форма для центробежного
литья стальной трубы с вы-
ступами, упрощающими ее
приварку к различным эле-
ментам лито-сварных узлов
строительных конструкций.
Технология центробеж-
ного литья труб ничем не
отличается от технологии
литья трубных заготовок.
По данным И. М. Поздыше-
ва [63], по сравнению с ка-
Рис. 153. Стальные центробежно.тнтые трубы в
сварных строительных конструкциях:
а - колонны для станции метро. 6 — деталь каркаса
U-этажного здания; / — трубы (колонны) с приливами:
2 - двутавровые балки, приваренные к трубам: в - из
ложнпца для центробежного литья труб с приливами,
1 — вкладыш; 2 — корпус изложницы; 3 — поверхности
катания: 4 — стержень. 5 — крышка; 6 отливка
таными трубами центробежные трубы выгодно отличаются однородно-
стью механических свойств в продольном и тангенциальном направле-
нии (табл. 48).
Таблица 48
Состав и свойства стальных труб, изготовленных раличными способами
Способ изготовле- ния трубы Состав стали в %
С Si Мп р
Механические свойства образцов
тангенциальных продольных
Центробежное
литье ....
Прокат ....
Литье в кокиль
Лить? в песчано-
глинистую
форму . . .
0,46
0,52
0,53
0» 19
0,25
0,20
0,77
0,80
0,73
0,017
0,018
0,020
0,038
0,040
0,028
77.9
42,1
71.0
51,0 19.4
38,4 12,1
47.2 18,1
35,574.6
19,4 75.6
30,С 71.6
51 А
49,8
46,7
18,1 34.1
21,8 35,1
17,1 31,7
7,839
7,838
7,836
0.51
0,17 0,62 0,026
0,023 64,1
41,8 17,9 24,5 68,3
18,1 28,1 7,823
206 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
ТОЛСТОСТЕННЫЕ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО
МАШИНОСТРОЕНИЯ
Толстостенные заготовки предназначены для производства бесшов-
ных крупногабаритных цилиндров-барабанов для котлов высокого
давления, гидролизных котлов, прокатных валков, валов турбин и т. п.
Примером такого изделия является секция котла высокого давления
массой 19 г, имеющая наружный диаметр 1480 мм, толщину 90 мм,
длину 6230 мм.
Подобные изделия изготовляют большей частью прессованием или
гибкой из толстого листа с последующей сваркой по продольному стыку.
Применение центробежного литья открывает новые возможности
как для получения заготовки, близкой по размерам к окончательному
изделию и подлежащей только механической обработке, так и для
получения полого слитка с последующей раскаткой или прессованием.
Первый вариант технологии дает наибольшие преимущества.
1. Значительно сокращается масса заготовки. Кованые заготовки
барабанов котлов высокого давления весят в несколько раз больше, чем
готовое изделие. В литых барабанах могут быть выдержаны сравни-
тельно небольшие припуски.
2. Возможно применение жаростойких сталей, обработка которых
давлением представляет большие трудности.
3. Возможность увеличения толщин стенки для повышения прочно-
сти изделия.
4. Цикл изготовления отливки значительно короче, чем поковки.
5. Центробежная машина значительно дешевле и проще, чем соот-
ветствующее прессовое оборудование.
Вариант технологии с последующей обработкой давлением сложнее
первого, и часть перечисленных преимуществ при нем отпадает; однако
он обеспечивает повышение механических свойств изделия по сравнению
с литой заготовкой, что во многих случаях имеет решающее значение.
Сравнение изделий, полученных из полых центробежных слитков и из
обычных слитков, показывает, что в первом случае механические
свойства изделий значительно выше.
Технология изготовления барабанов котлов высокого давления
раскаткой на прокатном стане заготовок, полученных центробежным
способом, имеет значительные технико-экономические преимущества
перед технологией их изготовления сваркой из листов.
Выход годного при центробежном литье 74,5%, при сварке из листа
58,4%; цикл изготовления барабана в первом случае 116 ч, во втором
185 ч.
Литье толстостенных стальных заготовок на вертикальной машине.
Центробежное литье полых слитков из углеродистой и легированной
мартеновской стали было освоено фирмой «Tissen» в Гамбурге (ФРГ).
Работа была начата в 1933 г. Слитки массой 20—45 т (рис. 154) посту-
пали затем на специальный стан системы Рёкнера для раскатки. Этот
процесс уменьшал расход жидкой стали от 30 до 50%.
Заливку металла производили при неподвижной или очень медленно
вращающейся изложнице, футерованной теплоизолирующим слоем
20—30 мм. После окончания заливки отверстие в крышке изложницы
закрывали, чтобы предотвратить охлаждение и окисление внутренней
поверхности отливки. Скорость вращения изложницы регулировали в
пределах 300—470 об!мин. Применение для литья удлиненных полых
ТОЛСТОСТЕННЫЕ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ__________________:___207
тел вращения вертикальной оси вращения связано с рядом трудностей
и отрицательных моментов. Наибольшие трудности при освоении литья
полых слитков встретились при нанесении теплоизолирующей футеров-
ки. Были испробованы различные материалы и методы их нанесения,
прежде чем удалось добиться достаточно прочного слоя футеровки на
вертикальной стенке. Как известно, на горизонтальных машинах этот
вопрос решается очень просто. Однако выбор для данного производства
вертикальной оси вращения оправдан тем, что при этом в отливках не
образуется полосчатая структура, на что обратил внимание Кумберленд
[118]. Кроме того, в этом процессе полностью отсутствует дождевание,
Рис. 154. Крупная
стальная центробеж-
ная отливка
Рис. 155. Центробежная машина для литья крупных
стальных заготовок:
1 — изложница; 2 — крышка; 3 — обойма для роликов;
4 —- бандаж; 5 — 12 роликов; 6 — колонны; 7 — планшай-
ба; 8 — электродвигатель
вследствие чего начальная скорость вращения изложницы может быть
невысокой. Производство полых слитков этим способом, по имеющимся
данным, велось в большом масштабе.
Центробежная машина, на которой изготовляли отливку, приведена
на рис. 155. Станина машины состоит из четырех мощных цилиндриче-
ских колонок, связанных между собой поперечинами. В поперечинах
закрепляют ролики, которые дают изложнице радиальную фиксацию.
Диаметр бандажа изложницы, опирающегося на ролики, 2800 мм.
Свойства отливок. Полые центробежные слитки имеют большое
преимущество перед обычным сплошным слитком в том отношении, что
после удаления внутреннего загрязненного слоя их дальнейшая обра-
ботка давлением идет беспрепятственно, в то время как в обычных
слитках в местах, где П-образная ликвация выходит на расточенное
отверстие, при обработке давлением возникают большие напряжения
и образуются трещины.
Ликвация некоторых элементов приведена в табл. 49. Сильнее всего
ликвирует углерод, слабее сера и фосфор. При замедлении охлаждения
внутренней поверхности распределение ликвации благоприятнее. После
удаления внутреннего слоя получается сравнительно однородный
металл. Исследование показало, что содержание серы и фосфора
в отливке ниже, чем в плавочной пробе.
208 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
Таблица 49
Содержание хрома, никеля, молибдена в центральном сечении слитка в %
Элемент В планоч- ной пробе На расстоянии от наружной поверх- ности в мм
25 50 185 280 300
Хром ... 2,3 2,26 2,23 2,29 2,36 2,35
Никель 1,92 1,88 1,83 1,92 1,97 1,93
Молибден 0,5 0,49 0,46 0,51 0,56 0,55
Ликвация серы протекает интенсивно. Сернистый марганец не
растворяется в стали и, будучи легким, быстро всплывает на внутрен-
нюю поверхность и образует тонкий слой шлака. При малом содержа-
нии фосфора его ликвация проявляется слабее, чем при высоком.
Кремний и марганец ликвируют слабо. Жидкая сталь реагирует
с огнеупорной футеровкой и несколько насыщается кремнием. Это на-
сыщение кремнием составляет 0,03- 0,05% и особенно оказывается
в слоях, близких к футеровке.
Сильнее других газов ликвируют водород (табл. 50). Вероятно, он
частично выделяется в виде пузырей, которые всплывают и удаляются
из отливки. Кислород большей частью связан с неметаллическими
включениями, которые из-за низкой плотности всплывают. Оксидные
включения возникают вследствие реакции стали с футеровкой
изложницы.
Окисные пленки проявляются на макрошлифах в виде тонких
светлых полос. Образование полос по Люкерату происходит вследствие
сильного охлаждения внутренней свободной поверхности холодным
воздухом. При этом можно наблюдать появление на некоторых
участках корочки затвердевшего металла, которая затем погружается
в жидкость из-за более высокой плотности.
При погружении корочка захватывает всплывшие сульфиты, оксиды
и силикаты, последние и обнаруживаются при исследовании около
светлых полос.
Исходя из такого представления о причинах указанного дефекта
были опробованы различные меры для уменьшения охлаждения внут-
ренней поверхности отливки, например обогрев внутренней поверхности
отливок газом коксовых печей. Однако этот метод не дал хорошего
эффекта.
Наиболее простым и радикальным мероприятием оказалось закры-
вание отверстия в крышке изложницы по окончании заливки металла.
Сильно обогащенная ликвата.мн часть внутренней поверхности
удаляется, отходы в стружку при этом составляют 10—12%.
Механические свойства исследовали как в литом металле, так и
после прокатки, причем сравнивали механические свойства со свой-
ствами изделий из статических слитков.
При одинаковом пределе прочности предел текучести и отношение
предела текучести к пределу прочности у изделий из центробежных
слитков значительно выше, чем из обычных (рис. 156). Особенно следует
отметить высокую ударную вязкость центробежных отливок (табл. 51).
Этот показатель, имеющий важное значение для металла, предназна-
ченного для котлов высокого давления, оказался у изделий из центро-
ТОЛСТОСТЕННЫЕ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ 209
Таблица 50
Содержание газов в слитках, полученных центробежным литьем
Кв слитка Место взятия пробы по вы- соте с читка в мм Кислород в % Азот в % Водород в ел3 100 г
в наружном слое1 во внутреннем слое в наружном слое во внутреннем слое в наруж- ном слое во внутрен- нем слое
1 900 0,0003 0,0003 0,0007 0,0006 0,005 0,006 0,009 0,006 2,10 0,4э 2,80 2,44
1800 0,0003 0,0003 0,0032 0,0037 0,006 0,005 0,009 0,008 1.12 0,26 2,61 2,89
2 900 0,0012 0,0006 0,0005 0,0010 0,004 0,006 0,006 0,00 0,09 1,84 0,72
1800 0,0003 0,0006 0,0015 0,0013 0,004 0,005 0,0010 0,007 0,18 1.08 3,03 2,47
3 900 0,0006 0,0007 0,0007 0,0007 0,007 0,006 0,009 0.009 — 2.55 2,49
1800 0,0006 0,0026 0,0016 0,0006 0,007 0,006 0,007 0,007 2,16 1,88 2,05 2,05
4 900 0,0006 0,0006 0,0008 0,0006 0,005 0,004 0,004 0,005 0,00 2,47 1,55 4,21
1800 0,0004 0,0006 0,0033 0,0036 0,003 0,004 0,005 0,005 0,00 1,41 3,91 2,32
Среднее значе- ние 900 1800 0,0006 0,0007 0,0007 0,0023 0,005 0,005 0,006 0,007 0,64 1,01 2,37 2,69
1 В наружном слое — на глубине 15 мм от наружной поверхности; во внутреннем — на глубине 100 мм от внутренней поверхности.
Таблица 5!
Ударная вязкость изделий, полученных из различных слитков
при одинаковом коэффициенте укова
Толщина стенки в мм Ударная вязкость в кге м см* Толщина стенки в мм Ударная вязкость в кгс-м'см*
Из статических слич 95 70 75 90 КОВ 10,8 13,8 9,3 7,8 Из центробежных ели 75 80 95 70 ITKOB 17,4 16.2 19,1 16,3
Средине данные | 82 • Средняя ударная вязкое! слитка. 10,4 ъ образцов. В; Средние данные | 80 1ятых из ннжней, средней и вер 17,3 кней частей
210__________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
бежных слитков в среднем на 70% выше, чем у изделий из обычных
слитков.
Литье толстостенных стальных заготовок на горизонтальных ма-
шинах. На Южно-Уральском машиностроительном заводе была по-
строена машина с горизонтальной осью вращения консольного типа
с максимальным диаметром изложницы 1000 мм при массе отливок до
3 т [27].
На станине 1 (рис. 157) машины укреплены два подшипника 2. На
пустотелый вал 3 насажена планшайба 4, в которой смонтирована из-
ложница 5 с крышкой 6. Вал вращается от клиноременной передачи.
Рис. 156. Механические свойства барабанов, прокатанных из слитков:
1 — изготовленных обычным способом; 2 — центробежнолитых
Теплоизолирующее покрытие наносится на поверхность изложницы
из трубы-песочницы с продольной прорезью, которая вводится в полость
вращающейся изложницы и плавно вращается в противоположную
сторону. В нужном положении песочницу поддерживает откидывающий-
ся кронштейн.
Раздвижной кожух 7 защищает от брызг металла и воды. Скорость
вращения изложницы изменяют регулятором возбуждения обмотки
двигателя главного привода. Сталь заливают через устройство 8 на
кронштейне 5; изложница охлаждается водой из форсунок. Отливки
удаляются выталкивателем с тарелкой /7 на штоке 10, который прохо-
дит внутри вала машины и имеет трапециевидную нарезку.
При удалении отливки изложница медленно вращается от цепной
передачи; при этом штанга 13 с трапециевидной нарезкой притормажи-
вается ручным тормозом 14, а шток 10 сходит со штанги 13 и вытал-
кивает отливку.
Периодическое торможение вращающейся изложницы для измельче-
ния макроструктуры отливки осуществляется двумя электромагнитны-
ми тормозами 12 (ТП-600). Величину торможения регулируют пружина-
ми, притягивающими тормозные колодки. Частотой и продолжитель-
ностью торможения автоматически управляют два реле времени.
Для точного определения и фиксации этих параметров катушку с
сердечником из трансформаторной стали крепили на шпинделе, а
постоянный магнит — на спице тормозного шкива. При прохождении
Рис. 157. Центробежная машина шпиндельного типа для литья толстостенных стальных заготовок с динамическим воздейст-
вием в период кристаллизации
ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ
212__________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
магнита в катушке возникала э. д. с., которая регистрировалась осцил-
лографом МПО-2 на кинопленке, что позволяло определить продолжи-
тельность каждого оборота изложницы в период торможения.
Цикл периодического торможения 10 сек, торможение 2 сек, разгон
формы 5 сек, вращение формы при номинальной скорости 3 сек. В мину-
ту давали шесть торможений со снижением скорости на 18%; регули-
рование натяга тормозных пружин позволяло снижать скорость
вращения до 30%.
Размеры заготовок, получаемых на центробежной машине: диаметр
600—1000 мм, высота до 1000 мм п толщина стенки 400 мм.
Практика показывает, что лучшим материалом для изложниц
в условиях их интенсивного охлаждения водой является чугун СЧ 21-40,
толщина стенки изложницы должна быть 50—60 мм. Толщину тарелки
толкателя и крышки изложницы выбирают равной толщине изложницы.
В тарелке толкателя и крышке предусмотрены отверстия диаметром
5 мм на расстоянии 45—50 мм друг от друга. Крышку крепят к излож-
нице болтами через диск.
Для опробования машины и уточнения технологии изготовили партию
заготовок массой 1—3 т. Сталь в изложницу заливали из ковша
емкостью 5 т со стопором диаметром 40 мм. Толщину теплоизоляцион-
ного покрытия из кварцевого песка подбирали экспериментально. Для
предотвращения пригара на слой кварцевого песка наносили тонкий
слой (1 мм) хромистого железняка.
На основе полученных результатов была разработана технология
литья бандажей внешним диаметром 940 мм и высотой 740 мм при тол-
щине стенки 170 мм для валков коксовых мельниц из стали 70Х вместо
кованых из стали 45Х.
Сталь заливали при 1530—1560° С в течение 4—5 мин, затем еще
50—60 мин изложница вращалась прн 300 об!мин.
Результаты испытаний литых бандажей на Орско-Халиловском ме-
таллургическом комбинате показали, что стойкость их выше, чем
кованых.
На горизонтальной центробежной машине Южнотрубного завода
получали толстостенные отливки из некоторых сталей для последующей
ковки. Конструкция машины показана на рис. 158.
На массивной сварной раме, заделанной в бетон, установлены две
пары опорных роликов. Ведущие ролики соединены между собой муфтой
и передают вращение лежащей на роликах изложнице. Вращение на
ролики передается от электродвигателя мощностью 200 кет через пару
цилиндрических шестерен.
Кроме главного привода, имеется еще дополнительный привод для
малых чисел оборотов (1,5—2 об!мин), который соединен муфтой с
валом главного электродвигателя. При пуске главного электродвигателя
муфта автоматически разъединяется.
Изложница центробежной машины представляет собой барабан из
котельной стали длиной 6 м со стенками толщиной 70 мм и внутрен-
ним диаметром 905 мм. Ободья катания изложницы заглублены в ее
тело на 7—10 мм.
Вращающаяся изложница охлаждается водой через отверстия
трубок, проложенных по боковым сторонам. Кожух, накрывающий
изложницу и прикрепленный к станине, состоит из отдельных секций,
скрепляемых между собой. Внутри кожуха имеются два нажимных
ролика.
ТОЛСТОСТЕННЫЕ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ
213
Рис. 158. Центробежная машина роликового тина для литья толстостенных
стальных заготовок
Рис. 159. Заливочное устройство и песочница
214 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
От осевого перемещения изложницу удерживают передний и задний
ролики, установленные с зазором (20 мм) от торцов изложницы для
возможности ее удлинения при нагреве.
Перед изложницей (рис. 159) установлено заливочное устройство 1,
состоящее из поворотного кронштейна, люльки, вращающейся на верти-
кальной оси, проходящей через кронштейн, и заливочной чаши с
литником, сидящей в люльке на горизонтальных цапфах. Литник может
поворачиваться вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Величина
поворота ограничивается упорными винтами.
Литниковое устройство выполнено следующим образом: в разборный
кожух устанавливают шамотную чашу и литниковый кирпич. Последний
предварительно обертывают в асбест и зажимают в кожухе. Плотно к
торцу литникового кирпича насаживается металлический наконечник,
который во время заливки примыкает к сидящей в передней крышке
изложницы металлической втулке с отверстием диаметром 100 мм.
Переднюю крышку изложницы в виде удлиненной горловины
центрируют в изложнице заточкой и крепят нажимными болтами, рас-
положенными радиально.
Горловину футеруют кирпичом или смесью на жидком стекле по
конфигурации, обеспечивающей спокойный слив металла на песчаную
засыпку в изложнице.
Теплоизолирующий слой песка засыпают в изложницу во время ее
вращения через отверстие диаметром 100 мм с помощью песочницы,
которая передвигается по рельсам перед фронтом машины.
Длину отливки ограничивают с помощью устанавливаемой в излож-
нице металлической пробки с кирпичной или песчаной (на жидком
стекле) футеровкой. В центре пробки шамотной трубкой выполняют
отверстие диаметром 30 мм для выхода газов из полости формы. Если
это отверстие образовано железной трубкой, вставленной в кварцевую
трубку, которая вдвинута в полость формы на 100—150 мм, то при
затвердевании металла и образовании усадочной полости последняя
будет сообщаться с атмосферой.
Описанное литниковое устройство служит для заполнения металлом
полного объема формы. После охлаждения и затвердевания металла
внутри отливки образуется цилиндрическая усадочная полость с закры-
тыми торцами или сообщающаяся с атмосферой со стороны задней
пробки. Диаметр усадочной полости как в малых отливках, так и в боль-
ших составляет около 20% от наружного диаметра отливки, что соот-
ветствует 3% объемной усадки.
Технология литья. Футерованную и хорошо просушенную заднюю
пробку вставляют в изложницу, крепят на определенном месте, а
зазоры замазывают глиной. Затем устанавливают футерованную
переднюю крышку (горловину) и также замазывают зазоры. В отвер-
стие горловины вставляют металлическую втулку с отверстием 100 мм
и крепят ее так, чтобы она могла пройти в любую сторону горловины.
Литниковое устройство также подготавливают предварительно.
В металлический кожух заформовывают шамотную чашу и кирпич, на
кожух литника вплотную к кирпичу насаживается металлическая втул-
ка. Просушенное литниковое устройство устанавливают в люльку на
кронштейне, центрируют литник по оси изложницы. При этом конус
втулки литника должен на 5 мм войти в отверстие втулки на горловине
изложницы. Подогнанный таким образом литник отводится, а изложни-
ца при медленном вращении подогревается паром до 60—70° С. За
ТОЛСТОСТЕННЫЕ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ.
215
15—20 мин до выпуска металла из электропечи включается главный
электродвигатель и начинается засыпка в изложницу песка из песоч-
ницы. Желоб песочницы изготовлен из трубы с внутренним диаметром
65 мм. Желоб песочницы при засыпке вращают вручную медленно
Таблица 52
Состав песка в %
против направления вращения пз- Табшца 52
ложницы.
Число порций песка, необходи- Состав песка в %
мое для создания надлежащей тол-
щииы слоя, рассчитывают заранее.
После операции засыпки заливоч-
ное устройство снова вводят в гор-
ловину и закрепляют в рабочем по-
ложении с помощью тяги с неболь-
шим нажатием металлического на-
конечника на втулку горловины. За-
тем заливают металл при соответ-
ствующей температуре.
Нанесение слоя песка на внутреннюю поверхность изложницы. На
Южнотрубном заводе для засыпки применяется отмытый и прокаленный
песок Запорожского карьера. Состав его приведен в табл. 52. Зависи-
мость между слоем покрытия и толщи-
ной
КОМ
Толщина отливки
Рис. 161. Зависимость
теплоп роводности слоя
песка от толщины стеики
отливки
отливки для случая с кварцевым пес-
представлена на рис. 160. Однако
более
Рис. 160. Зависимость толщины
покрытия изложниц от толщи-
ны стеики отливки
300 мм дальнейшее увеличение слоя покрытия нецелесообразно, так как
при этом теплопроводность слоя просушенного песка изменяется незна-
чительно (рис. 161).
Выбор скорости вращения формы для толстостенных отливок. При
выборе скорости вращения для толстостенных отливок нельзя основы-
ваться только на величине А, отнесенной к внутренней поверхности
отливки, как это принято для тонкостенных отливок. При толстостенных
отливках необходимо учитывать величину k и давление на наружной
поверхности, чтобы исключить образование в отливке продольных
трещин, сильного пригара и резко выраженной ликвации.
Для установления скорости вращения при литье толстостенных
заготовок в ЦНИИТМАШе была изготовлена серия стальных отливок
с толщиной стенки 100—200 мм. Установлено, что удовлетворительное
216
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
качество отливок по состоянию поверхности, отсутствию трещин и
значительной ликвации достигается при k = 25 ч- 30 на внешней поверх-
ности отливки [45].
Заливка. Заливку стали производили из двух ковшей емкостью
5 т вследствие отсутствия в цехе ковша большой емкости.
Ковши с металлом подавали к заливочной чаше поочередно двумя
мостовыми кранами. Температуру стали замеряли вольфрамомолпбдено-
вой термопарой погружения. Металл заливали при температуре на
Рис. 162. Толстостенные отливки
70—100° С выше линии ликвидуса. Скорость заливки в среднем
составляла 8—12 кг!сек.
Перед началом заливки включали охлаждение. Через 30 —40 мин
после начала заливки заливочное устройство отводили от горловины.
По окончании вращения отливку удаляли лебедкой. На рис. 162 пока-
заны готовые отливки.
Определение продолжительности вращения толстостенных отливок.
При ранней остановке формы отливка получается недоброкачественной.
В практике центробежного литья тонкостенных полых заготовок
вращение формы прекращается по достижении на внутренней поверх-
ности отливки определенной температуры, фиксируемой на глаз или
с помощью оптического пирометра. Такой метод определения продол-
жительности вращения непригоден для полых толстостенных отливок,
так как вследствие теплоотдачи с внутренней поверхности она затвер-
девает значительно раньше, чем произойдет полное затвердевание
металла в толще стенки.
При производстве отливок центробежным способом с закрытыми тор-
цами этот метод вообще неприменим.
ТОЛСТОСТЕННЫЕ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ 217
Для определения продолжительности вращения при литье с закры-
тыми торцами с толщиной стенки отливки до 300 мм изучали кинетику
затвердевания отливок методом периодических торможений.
Периодическое торможение осуществляли выключением электродви-
гателя и снижением скорости вращения изложницы в среднем на 25%.
Степень понижения скорости вращения изложницы определяли с
помощью импульсного тахометра следующим образом.
Рис. 163. Схема импульсного тахометра (а) п кривая скорости вращения
изложницы (6)
На изложнице (рис. 163, а) крепят магнитный датчик /, а на корпусе
центробежной машины устанавливают магнитопровод 2. Импульсы дат-
чика через электронный усилитель 3 подают на шлейф осциллографа 4
и фиксируют на пленке, а потом легко
расшифровывают в виде диаграммы
(рис. 163,6). На рис. 164 показана
кривая затвердевания отливки диамет-
ром 450 мм из стали Р2, полученной
м етод ом п ер ио ди чес кнх то р мож ен и й.
Продвижение фронта затвердевания
фиксировали по серному отпечатку.
Продолжительность вращения тол-
стостенных отливок складывается из
продолжительности образования твер-
Рис. 164. Затвердевание отливки
диаметром 450 мм при периодичес-
ком торможении изложницы
дого скелета отливок и продолжитель-
ности затвердевания оставшейся меж-
ду ветвями дендритов жидкой фазы.
Этот промежуток времени опреде-
ляли следующим образом. Известно,
что для стали достаточно выделение 20%
твердой фазы, чтобы образо-
вался твердый скелет и прекратилось движение жидкости.
С учетом данных практики продолжительность затвердевания
жидкой фазы между дендритами была принята 40—60% от продолжи-
тельности образования твердого скелета отливки, замеренной методом
периодического торможения. Таким образом, продолжительность
затвердевания
тэ = (1,4ч- 1,6)т,
где т — продолжительность образования скелета отливки.
Расчетная продолжительность вращения исследованных отливок со
стенками толщиной 315; 175 мм соответственно составляла 248; 176 мин
при продолжительности образования скелета отливки 155; НО мин и
коэффициенте 1,6. Правильность этого расчета подтверждена отливка-
ми, полученными на ЮТЗ.
218__________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
Усадочные дефекты. К дефектам усадочного происхождения отно-
сятся неровности внутренней поверхности и пористость, последняя
располагается в сечении толстостенной отливки на некотором расстоя-
нии от внутренней поверхности в зависимости от условий теплообмена.
При заливке полного объема формы в непосредственной близости
от внутренней поверхности закрытой усадочной полости находится
некоторый слой металла с пористостью. Такой же слой пористого
металла образуется и при неполной заливке, но при закрытых торцах
отливки, так как в обоих случаях кристаллизация происходит строго по
направлению от внешней к внутренней поверхности отливки.
развука по сечению отливки из стали
Р2 (S — расстояние от наружной по-
верхности)
Распределение по сечению отливок
усадочных дефектов определяли по по-
верхности макрошлпфов, а также в их
объеме просвечиванием рентгеновски-
Рис. 166. Распределение пористости по сечению
отливки, определенное двумя методами:
/ — го плотности образцов; 2 — по скорости ультра-
звука
ми и гамма-лучами. Последние методы в основном подтвердили выяв-
ленную по макрошлифу картину распределения пористости в зоне внут-
ренней поверхности отливки.
Количественную оценку усадочных дефектов производили методами
определения плотности образцов, вырезанных из радиальных зон
сечения отливки, и скорости прохождения ультразвука по сечению
исследуемых темплетов. Наибольшая плотность была у внешней
поверхности отливок (рис. 165).
Эти максимальные значения плотности приравняли нулевой
пористости.
Из диаграммы (рис. 166) видно, что пористость нарастает в основ-
ном вблизи внутренней поверхности отливки. Определение пористости
ультразвуковым методом и пикнометрическим методом дало количе-
ственно и качественно близкие результаты. Из этого можно заключить,
что оба метода определения пористости достоверны.
Замечено также, что плотность образцов возрастает с удалением
от места заливки металла к концевой части отливки, что, вероятно,
связано с тем, что более горячая часть отливки питает более холодную.
Химическая неоднородность. В заготовках из аустенитных сталей,
несмотря на их значительную толщину, существенной ликвации не обна-
ружено.
В табл. 53 и 54 приведены результаты химического анализа по
радиальным зонам отливки из перлитной стали Р2, а также по длине
отливки. Ликвация углерода во всех частях отливки значительная
(0,19—0,43%) и выходит за пределы состава по ГОСТу (0,21—0,29% С).
В первых двух частях по длине отливки заметно понижение содержания
ТОЛСТОСТЕННЫЕ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ 219
Таблица 53
Содержание С, Р и S в % в радиальных сечениях отливок из стали Р2
Зона отливки со стороны заливки Расстояние от периферии от- ливки В ММ С Р S Зона отливки со стороны заливки Расстояние от периферии от- ливки в мм С Р s Зона отливки со стороны заливки Расстояние от периферии от- ливки в мм С Р S
20 0,26 0,008 0,013 20 0,22 0,008 0,014 20 0,20 0,008 0,011
1 60 0,23 0,008 0,013 60 0,21 0,008 0,013 60 0,20 0,008 0,010
1 100 0,21 0,008 0,013 2 100 0,1г 0,008 0,012 3 100 0,20 0,005 0,010
(пе- 140 0,22 0,008 0,014 (ср д- 140 0,24 0,008 0,013 (KOH- 140 0,20 0,008 0,010
ред- 180 0,27 0,009 0,013 няя) 180 0,26 0,008 0,018 LI вая) 180 0,23 0,007 0,010
няя) 220 0,29 0,009 0,013 220 0,27 0,008 0,021 220 0,24 0,008 0,011
260 0,30 0,008 0,014 260 0,32 0,008 0,027 260 0,33 0,008 0,013
300 0,43 0,008 0,019 300 0,37 0,010 0,028 300 0,30 0,008 0,012
Таблица 54
Содержание различных элементов в % в средней части отливки из стали Р2
Расстояние от на- ружной поверхно- сти отлнвкн в мм Si Мп Сг Ni Мо V Си
20 0,31 0,39 1,46 0,06 0,70 0,25 0,11
60 0,31 0,38 1,46 0,06 0,70 0,26 0,10
100 0,31 0,38 1,46 0,08 0,68 0,25 0,12
140 0,33 0,38 1,41 0,07 0,71 0,25 0,12
180 0,37 0,39 1,50 0,08 0,76 0,27 0,11
220 0,37 0,39 1,50 0,10 0.86 0.27 0,12
260 0,36 0,38 1,50 0,08 0,81 0,26 0,11
300 0,37 0,39 1 .ГО 0,08 0,84 0,26 0,12
углерода на расстоянии от периферии около 100 мм. Очевидно, это
связано с большей температурой металла в первых двух частях отлив-
ки. Следует отметить ликвацию Мо, несколько выходящую за пределы
марочного состава (0,6—0,8%) У внутренней поверхности отливки.
В содержании других элементов значение ликвации не столь
существенно или незаметно.
Механические свойства. Как видно из табл. 55, механические свой-
ства отливки диаметром 860 мм с толщиной стенки 230 мм из стали 35
Таблица 55
Механические свойства отливки на различном расстоянии от ее поверхности
Расстояние от наружной поверхности в мм в кгс мм2 <тг в кгс мм* S в % Q ()/ * В 0 ан в кгс-м см2
20 55,8 37,7 25,5 53,6 17,5
60 55,6 39,0 21,4 50,4 15,7
100 55,3 36,8 20,4 45,9 15,3
140 54,0 38,0 21,2 58.0 14,0
190 61,6 42,4 20,0 48,6 13,6
Среднее значение 56,5 38,6 21,7 51,5 15,2
Требования по ГОСТу 1050—60 на сталь 35 54 32 20 45 7,0
220___________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК
после гомогенизирующего отжига, закалки и отпуска превышают
требования ГОСТа на эту сталь, а по химической однородности
отвечают требованиям ГОСТа (табл. 56).
Таблица 56
Содержание элементов в % в различных частях отливки
Расстояние от наружной поверхостн отлнвки в мм с Мп Si S Р
15 0,35 0,65 0,23 0,010 0,015
45 0,36 0,63 0,28 0,012 0,016
75 0,34 0,63 0,19 0,012 0,013
105 0,35 0,65 0,23 0,011 0,014
145 0,38 0,64 0,22 0,011 0,016
190 0,40 0,66 0,22 0,012 0,019
Требования по ГОСТу 1050—60 на сталь 35 0,32—0,40 0,50—0,80 0,17—0,37 0,045 0,040
Центробежные отливки из низколегированных сталей, по данным
ЦНИИТМАШа, при соответствующей термической обработке также
имеют высокие свойства.
При дальнейшем использовании центробежных толстостенных
отливок необходимо удалять дефектный слой металла со стороны
внутренней поверхности. Чтобы содержание ликвирующих элементов
не выходило за пределы марочного состава, достаточно удалить слой
металла 50—60 мм, что для отливки с наружным диаметром 850 мм и
внутренним 220 мм составит 15% толщины стенки и 8% ее массы.
ГЛАВА X
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЗАГОТОВОК
ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Из цветных сплавов изготовляют центробежным литьем втулки,
кольца, а также биметаллические и фасонные заготовки.
Втулки из медных сплавов широко применяют в узлах трения
различных машин. Изготовлением этих втулок как для укомплекто-
вания вновь выпускаемых машин, так и для ремонта оборудования
заняты многие предприятия. В настоящее время существует несколько
вариантов центробежного литья втулок из медных сплавов:
1) мелких втулок при крупносерийном производстве [76];
2) мелких и средних втулок небольшими партиями [87];
3) крупных втулок.
Для мелких втулок применяют машины с вертикальной осью вра-
щения со специальным приводом, для втулок среднего размера — гори-
зонтальные машины шпиндельного типа, для крупных втулок — гори-
зонтальные роликовые машины.
Обычно машины для центробежного литья втулок из цветных
сплавов изготовляют сами заводы, внедряющие эту технологию.
В последнее время завод литейных машин (г. Тирасполь) начал
выпуск центробежных машин моделей 552 и 553 для литья втулок из
цветных сплавов. Обе машины шпиндельного типа с горизонтальной
осью вращения [49]. Машина модели 552 предназначена для литья вту-
лок диаметром до 200 мм и длиной до 320 мм, а машина модели 553 —
для втулок диаметром до 300 мм и длиной до 500 мм (рис. 167).
Основное отличие этих машин от горизонтальных втулочных машин
общеизвестных конструкций в том, что они оснащены устройствами,
механизирующими некоторые операции технологического процесса: съем
и установку крышки изложницы, закрывание и открывание дверцы
ограждения и поворот желоба в рабочее или нерабочее положение,
установку площадки для приема готовой отливки. Крышка 5 изложни-
цы 3 устанавливается пневмоцилиндрами 2, закрепленными на дверце /,
и снимается с изложницы 3 при повороте дверцы /. Поворот дверцы /,
заливочного желоба 4 и площадки 6 для приема готовой отливки произ-
водится цилиндрами, связанными с зубчато-реечными передачами.
Эффективность этих устройств требует производственной проверки.
В рассматриваемых машинах не предусмотрено устройство для
нанесения сыпучего теплоизолирующего покрытия на изложницу, что
является существенным недостатком их конструкции. Другой недостаток
в том, что для смены приводного ремня требуется разборка шпинделя.
222________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Литье мелких втулок из медных сплавов. Технологию центробеж-
ного литья втулок с отверстием диаметром от 20 до 100 мм разработал
и внедрил А. А. Сварика на Магаданском механическом заводе.
Втулки изготовляют крупными сериями [76].
Рис. 167. Центробежная машина для литья втулок из цветных сплавов
(мод. 552, 553)
Рис. 168. Пятишпиндельная установка для центробежного литья втулок
из цветных сплавов
Вследствие малого объема заливаемого металла (масса втулок
0,5—3 кг) втулки удобно изготовлять на вертикальных машинах, так
как можно обойтись без желобов и воронок.
На рис. 168 приведена специальная многошпиндельная машина для
литья мелких втулок, а на рис. 169.— узел шпинделя и воздушной тур-
бины (без изложницы).
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ 223
В чугунном корпусе 1 с крышкой 2 смонтирован на подшипниках
шпиндель 3. На шпинделе закреплено рабочее колесо 4 воздушной
турбины, которая служит для вращения изложницы.
Сжатый воздух подается через сопло 5 на лопатки рабочего колеса,
а отработанный поступает в коллектор 7 и далее уходит через выхлоп-
ную трубу 6. На конце трубы 6 установлен дроссель 8 для регулирова-
Рнс. 169. Узел шпинделя и воздуш-
ной турбины
Рис. 170. Конструкции изложниц для литья втулок:
а — расположение бурта в крышке; б — удлинение втул-
ки за счет выточен в крышке; в — съемная изложница;
г — изложница для литья втулки с буртом по середине
ния скорости вращения. К нижнему концу шпинделя можно присоеди-
нить тахометр.
На рис. 170 представлены варианты конструкции изложниц и крышек
при литье гладких и фасонных втулок.
Припуски на механическую обработку отливок втулок приведены
в табл. 57.
Таблица 57
Припуск на механическую обработку отливок в мм
Наружный дна метр отливки в мм Поверхность Наружный диаметр отливки в мм Поверхность
наружна» внутренняя] | торцовая наружная внутренняя | торцовая
25—35 1,5 1,5 1,5 66—80 2.5 3,0 2.0
36—50 1,5 2,0 1,5 81—95 2,5 3,0 2,0
51—65 2,0 2,0 2,0 96—110 2,5 3,0 2,0
Для втулок с буртами припуски должны быть несколько увеличены
в сравнении с данными табл. 57, так как массивные сечения отливки
служат прибылью при затвердевании и в этих местах появляются
кольцевое углубление и пористость (рис. 171).
224 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Рис. 171. Усадочная
раковина во втулке
с утолщением
Размеры изложницы назначают с учетом усадки оловянных бронз
1,2%; латуней 1,6—1,7%.
При дозировании металла методом перелива отверстие в крышке
определяет диаметр отверстия в отливке. Как показывают исследования,
в отливке отверстия диаметром d получаются на 2—4 мм меньше от-
верстия dnoM в крышке (рис. 172). Это следует
учитывать при конструировании крышки.
Технологический процесс. Для обеспечения про-
изводительной работы центробежных машин необ-
ходимо иметь раздаточные печи, долго сохраняю-
щие сплав при требуемой температуре и минималь-
ном окислении. Для медных сплавов удобны раз-
даточные печи с криптоловым сопротивлением.
Подготовка изложниц. При литье оло-
вянных бронз дно и цилиндрическую поверхность
изложницы покрывают графитовой краской. Пер-
вые отливки (1—2 шт.) в новых формах обычно имеют раковины.
В дальнейшем на стенке изложницы образуется нагар, и тогда окра-
шивают только дно. Латунь Л КС 80-3-3 и бронзу Бр.АЖ 9-4 льют без
окраски изложницы. Перед заливкой изложницу нагревают.
Рис. 172. Отклонения диаметра
d втулок, полученных на верти-
кальных машинах, от диаметра
dHOM (Бр.ОЦС 6-6-3)
Рис. 173. К выбору скорости вращения изложницы
для литья мелких втулок на машинах с вертикаль-
но» осью вращения
Скорость вращения определяют по графику (рис. 173),
составленному для литья втулок из оловянных бронз с обычно принятой
продольной разностенностью 2 мм.
Машину на выбранную скорость настраивают по тахометру с
помощью регулировочного дросселя воздушной турбинки.
Если по данным рис. 173 определить гравитационные коэффициенты,
то нетрудно убедиться, что они возрастают с увеличением высоты И
втулки и достигают больших значений (k > 200).
Высокую скорость можно объяснить необходимостью быстро рас-
пределить жидкий металл по стенке изложницы до затвердевания тонко-
стенной отливки.
Заливка. Ручные ковши (ложки) футеруют смесью из 80%
шамотного порошка и 20% огнеупорной глины. Температура ковша
должна быть 500—600° С, так как иначе на нем образуется настыль.
Температура заливки (табл. 58) при центробежном литье втулок из
оловянных бронз может быть ниже, чем при заливке их в стационарные
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ 225
формы, так как здесь отсутствует охлаждение металла в литниковой
системе.
Таблица 58
Сплав Темпера- тура заливки в °C Темпера- тура изложни- цы в °C । Жидкоте- кучесть в см Сплав Темпера- тура заливки в °C Темпера- тура изложни- цы в °C Жидкоте- кучесть в см
Бр.ОФ 10-1 1150 80—100 50 Бр.А-10 1120—1140 100—400 120
Бр.ОЦ 10-2 1120—1150 80—100 60 ЛК 80-ЗЛ 980—1100 100—300 80
Бр.ОЦС 6-6-3 1150 80—100 40 ЛКС 80-3-3 980—1100 100—300 60
Бр-АЖ9-4 1120—1140 100—400 85 ЛС59-1Л 1030—1080 100—300 51
При недостаточной жидкотекучести заливаемого металла у втулок
появляются заливы (кружева) на нижнем торце и плены на наружной
поверхности.
Скорость заливки металла зависит от массы втулки:
Масса в кг . 0,4 0,8 1,2 2,0 2,8 3,6
Скорость за-
ливки в
кг/сек . . 0,3—0,5 0,6—0,9 0,8—1,3 1,1—1.9 1,3—2,4 1.4—2,5
Снижение скорости заливки в начале заполнения формы может
привести к браку по спаям, а также по искажению свободной поверхно-
сти. Последнее вызывается тем, что скорость наращивания слоя жидко-
го металла меньше скорости продвижения фронта затвердевания, т. е.
поступивший металл затвердевает раньше, чем он успеет равномерно
распределиться по высоте.
Затвердевание отливок со стенками толщиной до 10—12 мм длится
не более 4—6 сек.
Удаление отливки. После остановки изложницы снимают
крышку. При литье втулок из оловянных бронз после снятия крышки
в изложницу заливают воду, чтобы рабочая температура изложницы
была в пределах 100—120° С. При литье латуни и алюминиевой бронзы
изложницу не охлаждают. Отливку удаляют разжимными клещами.
Свойства отливок. Механические свойства бронзовых втулок,
изготовленных описанным способом, значительно выше, чем свойства
отливок, полученных другими способами (табл. 59).
Таблица 59
Свойства бронзовых отливок
Бронза Прн лнтье
в песчаную форму в кокиль центробежным способом
°е в кгс мм* S в % в кгс. мм* 8 в % в кгс мм* 8 в %
Бр.ОЦС 6-6-3 15—20 8—12 18—22 4—8 26—34 24—48
Бр.ОЦ 10-2 20 10 20—25 2—10 29—32 11—22
Бр.ОЦС 4-4-17 15 5 21—23 10—15 22—27 16—24
Бр.АЖ 9-4 58 12,3 30—50 10—20 58 34
Бр.ОС 10-10 15 3 18 6 32 12
226________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Таблица 60
Вид и причины брака
Вид брака Причины брака
Завышенный диаметр отвер- стия Неточное дозирование металла. Завышенный диаметр отверстия в крышке
Заниженный диаметр отвер- стия Неточное дозирование металла. Заниженный диаметр отверстия в крышке
Увеличенный диаметр отвер- стия в верхней части втулки (конусность) Недостаточная скорость вращения изложницы, низкая жидкотекучесть сплава
Неметаллические включения на верхнем торце втулки Недостаточная очистка зеркала металла в зали- вочном ковше от древесного угля, шлака и т. п., низкая жидкотекучесть и плохое раскисление за- ливаемого металла
Сквозные раковины у втулок из оловянных бронз Прорыв газов через затвердевшую стенку отлив- ки вследствие того, что: а) затруднен выход газа по разделу металл — изложница (длинная втулка); б) покрытие изложницы содержит газотворные материалы; в) изложница нагрета выше 100—120° С; г) низкое содержание цинка в расплаве (выго- рание)
Плены в наружных слоях втулок на глубине, большей припуска иа обработку отливки Замедленная заливка, несоблюдение температу- ры заливки и температуры нагрева формы, пони- женная жидкотекучесть сплава
Таблица 61
Баланс плавки при литье втулок в %
Статьи баланса В песчано- глинистые формы Цеитро- бежиым способом
Выход годного литья 60 90
Угар и безвозвратные
потерн 4 4
Сплсски и настыли 2 3
Брак 4 3
Возврат литников . . 30 —
Итого . . . 100% 100%
Химическая неоднородность цен-
тробежных отливок тонкостенных вту-
лок незначительная. С увеличением
толщины стенки и при повышенной
скорости вращения химическая неод-
нородность возрастает.
Наиболее сильно ликвирует свинец
у бронзы Бр.ОНС 4-4-17, поэтому при
литье этой бронзы не следует повы-
шать скорость вращения, а также до-
пускать перегрев изложницы сверх
100° С. Основные виды брака приве-
дены в табл. 60.
Технико-экономическая эффектив-
ность центробежного литья мелких
втулок. Мелкие втулки с отверстием
до 30 мм обычно вытачиваются из болванок, при этом отход металла
в стружку составляет 80%. Кроме того, от каждой болванки отрезается
прибыльная часть.
Втулки с отверстием более 30 мм иногда изготовляют в кокилях со
стержнями. Припуски для кокильной отливки всегда больше припусков
для центробежной отливки, что увеличивает черновую массу мелких
заготовок от 60 до 100%.
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
227
Кроме того, благодаря центробежному литью на Магаданском
механическом заводе снизился брак отливок. При литье в кокиль брак
составлял 5—8%, а при центробежном литье 2—4%.
Рис. 174. Изложницы со сменными вкладышами для литья втулок:
а — на вертикальной машине: / — крышка; 2 — вкладыш; 3 — торцовый вкла-
дыш; 4 — графитовый диск; 5 — изложница; 6 — шпиндель; 7 — центробежный
затвор; б — на горизонтальной машине; / — клнн; 2 — крышка; 3 — корпус излож-
ницы-. 4 — вкладыш; 5 — планшайба; 6 — поддон; 7 — винт; 8 — ограничитель -
ная стенка
Рис. 175. Центробежная машина для литья крупных бронзовых втулок
Преимущества центробежного литья втулок по сравнению с литьем
в песчано-глинистые формы заключаются в увеличении выхода годного
(табл. 61), повышении механических свойств и в уменьшении брака по
пористости, особенно при литье оловянных бронз.
228_________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ЦВЕТНЫХ СПЛАВОВ
Литье втулок из медных сплавов небольшими партиями. При ре-
монте оборудования или при индивидуальном выпуске новых машин
требуется изготовление втулок разнообразных типоразмеров, но, как
правило, очень небольшими партиями.
Изготовление для каждого размера специальной изложницы эконо-
мически невыгодно. Опыт показал, что в этих случаях целесообразно
применять сменные вкладыши.
На Коломенском заводе тяжелого станкостроения весь ассортимент
литых втулок был разбит на семь различных групп [87]. Для каждой
группы отливок имеется отдельная изложница, а в пределах группы
различные размеры втулок получают при помощи вкладышей.
На рис. 174, а для примера приведены изложницы с вкладышами
для первой размерной группы. В изложнице могут быть получены
втулки следующих размеров: наружным диаметром 40—120 мм, внут-
ренним 20—100 мм и высотой 40—100 мм с градацией каждого размера
через 5 мм.
В изложнице (рис. 174,6) длину втулки изменяют соответствующей
установкой ограничительной стенки. На практике наряду с металличе-
скими вставками применяют графитовые [112].
На рис. 175 приведена горизонтальная роликовая машина для литья
бронзовых втулок и вкладышей диаметром до 1400 мм. Литье осущест-
вляется при k = 16 на внутреннем диаметре отливки.
ГЛАВА XI
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
Двухслойные заготовки, изготовляемые центробежным литьем,
подразделяют на две группы: биметаллические (т. е. состоящие из двух
металлов) и заготовки, состоящие из слоя металла и слоя неметалли-
ческого материала. К первой группе относятся биметаллические втулки,
трубные заготовки, двухслойные прокатные валки и т. п. Ко второй
группе — металлошлаковые трубы, остекленные трубы и т. п.
Центробежное литье биметаллических заготовок производится сле-
дующими способами:
1) свободной заливкой расплава, образующего внутренний слой
заготовки, в полость вращающегося твердого цилиндра, который
является наружным слоем заготовки (его в дальнейшем будем назы-
вать основной);
2) расплавлением твердой шихты для образования внутреннего
слоя заготовки в закрытой с торцов полости основы;
3) последовательной заливкой двух расплавов, образующих наруж-
ный и внутренний слой заготовки.
Согласно общим физико-химическим и термодинамическим представ-
лениям возникновение связи между расплавом и поверхностью основы
в биметаллической заготовке вызывается следующими явлениями [43]:
1) смачиванием в результате молекулярного взаимодействия между
ними;
2) растворением и взаимной диффузией (если она возможна по
диаграмме состояния) на границе раздела основы и расплава;
3) кристаллизацией расплава.
На смачивание сильно влияют ничтожные загрязнения внутренней
поверхности основы (обычно органического происхождения — жировые
и масляные пленки) и степень ее шероховатости.
Смачивание, а стало быть и растекание, облегчается, если в качестве
промежуточной среды между сплавами используется флюс из расплава
солей. В качестве флюса рационально применять концентрат смешанных
галогенных солей различных металлов.
Получение биметаллических заготовок при строгом соблюдении
технологического процесса обеспечивает настолько прочное соединение
металлических слоев, что при раздавливании заготовки типа втулки
трещины в изломе получаются не в пограничном слое, а в толще сплава,
прочность которого ниже.
230______________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВТУЛКИ
В машиностроении литые биметаллические детали типа втулок
позволяют резко снизить нормы расхода цветных сплавов на единицу
продукции.
Одновременно повышаются их эксплуатационные свойства. Так,
втулки из оловянно-свинцовистых сплавов выдерживают при окружной
скорости 1,5 м)сек давление до 300 кгс!см2, тогда как биметаллические
втулки при окружной скорости 2,0 м)сек выдерживают давление до
500 кгс!см2.
К подшипниковым антифрикционным сплавам, образующим внутрен-
ний слой биметаллических втулок, относятся бронзы (оловянные,
оловянно-фосфористые, свинцовистые, алюминиевые), латуни, алюминие-
вые сплавы, баббиты [28].
Успех получения качественных полых биметаллических заготовок,
имеющих форму тела вращения, зависит от следующих факторов:
1) тщательной подготовки внутренней поверхности, основы, заливае-
мой соответствующим антифрикционным расплавом;
2) тщательного приготовления расплава;
3) соблюдения температурных режимов основы (до заливки);
4) строгого выполнения всего технологического цикла изготовления
биметаллической заготовки.
Материалом основы заготовки служит мягкая сталь, содержащая до
0,30% углерода.
Практика показала, что более высокое содержание углерода в стали
или применение легированных сталей не обеспечивает должного сцеп-
ления основы с антифрикционным расплавом. В случае применения
чугунной основы она должна содержать минимум графита. Твердость
чугунной основы должна быть НВ 180—220.
Для двухслойных заготовок малых диаметров основу изготовляют из
бесшовной трубы, а для больших диаметров — из поковок или отливок
с предварительным отжигом.
К одному из недостатков центробежного способа получения биме-
таллических подшипников можно отнести ликвацию расплава и прежде
всего в свинцовистых бронзах и баббитах. Вместе с тем рядом техно-
логических приемов — уменьшением толщины слоя заливаемого рас-
плава, форсированием охлаждения и уменьшением скорости вращения
формы этот дефект может быть сведен к минимуму.
Технология получения биметаллических изделий расплавлением твер-
дой шихты непосредственно в полости основы имеет следующие разно-
видности:
1) расплавление шихты вне машины (в печи);
2) расплавление шихты на машине с помощью электродуги;
3) расплавление шихты на машине индукционным нагревом.
Расплавление шихты внутреннего слоя в печи.
Основу по длине отрезают от стальной трубы, к которой с торцов
приваривают крышки из листового железа (10—14 мм), одна из них
глухая, а другая имеет отверстие диаметром 2—4 мм, предназначенное
для выхода газов, образуемых в процессе расплавления шихты в полости
основы.
Внутренняя поверхность основы после обработки не должна иметь
рисок и шероховатостей, что обеспечивает минимальное растворение
железа в бронзе.
БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВТУЛКИ 231
Для обеспечения прочного соединения бронзы и основы внутренняя
поверхность последней должна быть свободна от ржавчины и масла.
Поэтому ее подвергают тщательной обработке.
Вначале основа и крышки проходят травление в 20%-ном растворе
соляной кислоты с последующей нейтрализацией в 10%-ном растворе
щелочи и промывкой в горячей проточной воде при 80° С. Затем они
вновь проходят травление в 20 %-ном растворе соляной кислоты и про-
мываются в холодной проточной воде.
После этого внутренняя поверхность основы должна иметь светло-
стальной цвет и быть совершенно чистой.
Вместо химической обработки допускается пескоструйная очистка.
Чтобы предохранить обработанную внутреннюю поверхность основы
от последующего окисления, ее покрывают тонким слоем раствора
буры. При этом погружают основу на 3—5 мин в ванну с горячим
(70—80° С) 3%-ным раствором буры и затем просушивают в течение
10—15 мин при 160—180° С. После просушки внутреннюю поверхность
основы в нагретом состоянии обмазывают слоем буры (консистенции
сметаны) 1—1,5 мм. Концентрированный раствор буры приготовляют
смешиванием 150 г буры в 200 см? воды. Обмазанные бурой заготовки
просушивают в течение 10 мин при 160—180° С.
Подготовленную заготовку загружают бронзой с добавкой 0,5—1 %
буры от массы бронзы и такого же количества древесного угля.
В тех случаях, когда в шихте используется бронзовая стружка,
которую собирают в механических цехах, ее очищают от железа дву-
кратной сепарацией и прокаливают при 400° С для удаления масла.
Полное обезжиривание стружки достигается промывкой ее в течение
5—10 мин в ванне с 20%-ным раствором каустической или кальциниро-
ванной соды при 80—90° С, после чего ее промывают от щелочи в
течение 5—7 мин в проточной воде и тщательно просушивают. Для
стальных втулок диаметрами до 100; 100—-200; 200—350; 350—450; бо-
лее 450 мм толщина слоя бронзы составляет соответственно 4; 5; 7; 9;
10 мм и после обработки 1,5; 2; 2,5; 3 и 4 мм.
Порцию бронзы определяют по формуле
Q _ 1ч,
где D — внутренний диаметр основы втулки в см\
d — внутренний диаметр бронзового слоя отливки в см;
I — длина в см.
После загрузки шихты основу нагревают в пламенной печи, в кото-
рой должна быть восстановительная атмосфера. Процесс нагрева
рекомендуется двуступенчатый: предварительный до 700° С в низкотем-
пературной печи и последующий, предусматривающий расплавление
бронзы со скоростью нагрева 50—70 град!мин. Форсированный режим
уменьшает эффект растворения железа в бронзе. Перегрева заготовки
нельзя допускать, так как он вызывает насыщение бронзы железом.
По данным ЭНИМСа влияние железа в бронзовом слое втулки на
антифрикционные свойства сказывается при содержании более 2,5% Fe.
Вслед за расплавлением бронзы заготовки быстро вынимают из печи
и зажимают в трехкулачковом самоцентрирующем патроне, закреплен-
ном на валу центробежной машины или между центрирующими
дисками передней бабки и пиноли задней бабки токарного станка
(рис. 176). Скорости вращения форм при литье различных втулок
приведены в табл. 62.
232_______________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 176. Центрирующие диски
Заготовка вращается при интенсивном охлаждении наружной
поверхности основы в течение нескольких минут до температуры 500° С.
После этого выключают вращение. Заготовку удаляют из патрона, и
дальнейшее охлаждение происходит на воздухе. Заготовки диаметром
более 250 мм вначале охлаждают в низкотемпературной печи и от
150—200° С на воздухе.
Для установления качества двухслойной заготовки втулки срезают
обе крышки и просматривают внутреннюю поверхность бронзового слоя
втулки, которая должна быть глад-
кой, стекловидной, после чего про-
изводят расточку. Если при этом
i обнаружатся газовые раковины, ос-
татки нерасплавившейся шихты,
, разностенность, то втулку бракуют.
Для проверки прочности сцепле-
ния бронзового слоя и основы каж-
дую втулку простукивают. При про-
"" стукивании звук должен быть чис-
тый, металлический, и если звук
глухой, то сцепление недостаточно
v хорошее, и отливку бракуют.
Для структурного анализа от
втулки отрезают образец в виде
кольца высотой 15—20 мм.
При испытании на отслаивание
бронзы вырезанное из отливки
кольцо сжимают до появления тре-
щин в слое бронзы.
Если бронзовый слой не соеди-
нился с основой по всей поверхности, то причиной брака является не-
соответствие выбранной марки стали или недостаточный нагрев втулки
в печи. Если бронзовый слой не соединился с основой в отдельных ме-
стах, то брак является следствием плохого качества химической обра-
ботки основы.
Таблица 62
Внутренний диаметр биметаллической втулки в мм Скорость вращения формы в об мин Гравита- ционный коэффициент Внутренний диаметр би металлической втулки в -мм Скорость вращения формы в об мин Гравита- ционный коэффициент
40—60 1100 40 181—260 700 60
61—90 1000 42 261—320 600 58
91—120 900 46 321—450 500 50
121—180 800 50 451—600 400 48
При организации участка для изготовления биметаллических втулок
с расплавлением бронзы в основе заготовки необходимо иметь следую-
щее оборудование: пламенную печь для нагрева заготовок, верстак для
подготовки заготовок под заливку; ванну для травления заготовок; ван-
ну для промывки заготовок водой после травления; щелочную ванну для
обезжиривания; весы для взвешивания шихты бронзы; пресс для за-
прессовки стружки; магнитный сепаратор и центробежную машину.
БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВТУЛКИ 233
В целях безопасности пути транспортирования горячих заготовок
(от печи к центробежной машине) должны быть свободными.
Были проведены опытные работы по изготовлению биметаллических
втулок для грязевых насосов, используемых в нефтяной промышлен-
ности. Для повышения износостойкости внутренний слой втулки
изготовляли из бороникелевого чугуна. Его состав в %: 2,50—3,25 С;
0,70—1,80 В; 0,50—1,50 Si; 0,50—1,25 Мп; 3,50—4,50 Ni; <0,05 Р;
< 0,05 S.
Биметаллические втулки имели три зоны: наружную — из стали
с содержанием 0,45% углерода; среднюю — из науглероженного слоя
стали и внутреннюю — из бороникелевого чугуна.
Рис. 177. Схема электродуговой установки
В опытно-эксплуатационных условиях эти втулки показали большую
износостой кость.
Электродуговой способ расплавления заключается в нагреве бронзы,
находящейся во внутренней полости основы, теплом, образуемым
электрической дугой, возникающей между электродами, установленными
внутри основы. Тепло для расплавления шихты поступает изнутри, и
основа нагревается меньше, чем в печи или при индукционном нагреве.
Устройства для центробежного литья втулок с электродуговым нагре-
вом выполняются с вращающимися или невращающимися электродами.
На рис. 177 показано устройство с вращающимися электродами, в
котором использован токарный станок со снятой задней бабкой.
Шпиндель 5, вращающийся в подшипниках 6, смонтирован на суп-
порте резцедержателя в коробке 7. Через центральное отверстие
шпинделя перемещается штанга-электрододержатель 9.
В отверстие шпинделя передней бабки пропущен левый электродо-
держатель 2. Патрон с удлиненными кулачками 10 центрирует основу,
а фланцы 3 зажимают ее с усилием 200—600 кгс. Напряжение на
правый электрод подается через щетку S, кольцо и электрододержа-
тель 9. Левый электрод заземлен через переднюю бабку и станину.
Коробка 7 изолирована от суппорта, а фланец 3 от шпинделя 5 проклад-
ками. Рукоятка служит для перемещения электрода и растягивания
дуги. Ребристые втулки 4 защищают подшипники передней бабки
и шпинделя 5 от нагретой основы. Все токоведущие части закрыты
234 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
тельной подготовке
Рис. 178. Схема за-
прессовки стружки
кожухом. При откидывании кожуха напряжение отключается автома-
тически.
В качестве материала для основы применяют ферритоперлитный
чугун и низкоуглеродистую сталь из поковки, проката или бесшовной
трубы.
Основу до заполнения ее бронзовой шихтой и установки на станок
обрабатывают. Шероховатость наружной поверхности должна быть
6-го класса чистоты, а внутренней — 7-го класса чистоты.
При электродуговом способе нагрева нет необходимости в значи-
внутренней поверхности основы. Ее промывают
в 5%-ном растворе буры, а внутреннюю поверх-
ность, кроме того, покрывают тонким слоем флю-
са. Бронзу применяют в виде стружки, литых па-
лочек и в кусках.
Бронзовую стружку под давлением 100—
600 кгс/см? запрессовывают в полость основы,
как показано на рис. 178. При указанном давле-
нии бронзовая стружка спрессовывается в виде
брикета с отверстием для прохождения элек-
тродов.
Бронзу в виде кусков или палочек загружают
в полость основы в следующей последовательно-
сти. Вначале основу устанавливают и зажима-
ют в кулачках токарного станка (с прокладкой
асбеста между торцом основы и левым флан-
цем), вдоль втулки продвигают электрод, затем
загружают бронзу, после чего основу с торца
поджимают фланцем суппорта с прокладкой ас-
беста между ними. Под кулачки патрона необхо-
димо подложить изоляцию (асбестовую), так как в противном случае
они могут стать проводниками тока и тем самым нарушить процесс
плавления. После указанной подготовки включают станок и подают ток
к электродам.
Сила тока в цепи дуги при напряжении 180—220 в в зависимости от
внутреннего диаметра втулки приведена в табл. 63.
Таблица 63
Сила тока в цепи дуги (в а) в зависимости от внутреннего диаметра втулки
Заготовка Внутренний диаметр втулки в мм
40—50 51—60 61-80 81 — 100 101 — 130 131 —170 171-200
Стальная 60—80 70—80 110—120 120—150 150—200 200—300 270—350
Чугунная 50—60 60—70 100—120 120—150 150—200 200—300 270—350
Процесс расплавления бронзы заканчивается, когда температура на
наружной поверхности чугунной основы достигает 800—850° С, после
чего выключают ток. Форму останавливают, когда температура на
поверхности втулки снизится до 500—600° С.
Расплавление шихты внутреннего слоя т. в. ч. Расплавление бронзы
происходит за счет нагрева т. в. ч. поверхностного слоя основы, откуда
тепло передается на внутреннюю поверхность основы и далее к
бронзовой шихте.
БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВТУЛКИ 235
Технология изготовления двухслойных втулок при индукционном
нагреве почти не отличается от технологии изготовления их при нагреве
в печах. Основа, заполненная бронзой, нагревается непосредственно на
центробежной машине, предназначенной для получения двухслойной
заготовки. Основу с крышками устанавливают в центрах машины.
В крышках (рис. 179) предусмотрены заплечики, соответствующие
толщине стенки заготовки — втулки. Выход га-
зов, образующихся в процессе расплавления
бронзы, обеспечивается центральным отверсти-
ем 1 и радиальным 2, Центральное отверстие 1
переходит на конус для установки заготовки в
центрах станка. Чтобы избежать приваривания
расплавленной бронзы к торцовым поверхностям
крышек, между ними п основой ставят асбесто-
Рис. 179. Крышка
вые прокладки либо хромируют торцовые по-
верхности крышек. После заполнения основы бронзой и прокаленной
бурой (1% от массы бронзы) ее в сборе с крышками устанавливают
в центры станка и вводят в индуктор, который закреплен на станке
и центрирован относительно оси шпинделя станка.
Рис. 180. Машина для центробежного литья двухслойных втулок (конст-
рукция ЭНИМСа)
Заготовка перемещается относительно индуктора при перемещении
стола по направляющим станины.
После нагрева основы до температуры, обеспечивающей расплав-
ление бронзы, основу выводят из индуктора, накрывают кожухом и
вращают со скоростью, обеспечивающей распределение расплава по ее
внутренней поверхности. Когда поверхность основы остывает до темпе-
ратуры 500—600° С, форму останавливают, открывают кожух и заго-
товку-втулку снимают с центров станка.
Машина конструкции ЭНИМСа для центробежного литья двухслой-
ных втулок с нагревом т. в. ч. приведена на рис. 180.
На подвижном столике 1 неподвижно закреплена передняя бабка 2.
По этому столику перемещается задняя бабка <?, фиксируемая винтом 4.
Шпиндель 5 в передней бабке смонтирован на шариковых опорах.
Шпиндель имеет три скорости вращения от ступенчатого шкива элек-
236 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
тродвигателя 6. Столик 1 на шариковых опорах 8 перемещается вруч-
ную вдоль станины 7. Вращение и центрирование заготовки осущест-
вляются поводковой шайбой 9, смонтированной на шпинделе 5.
Центр 10 задней бабки, перемещающийся вдоль оси от винта 11 и
маховичка 12, сделан вращающимся. Для компенсации удлинения на-
греваемой заготовки 14 в задней бабке предусмотрена резиновая
прокладка 13. Собранную основу-втулку, закрытую с торцов крышка-
ми 15 (сменными в зависимости от диаметра заготовки), вставляют в
индуктор 16 и закрепляют в центрах. От возможного выплескивания
расплава на машине установлен кожух.
Метод свободной заливки внутреннего слоя на твердую основу. Втул-
ка сталь — бронза. Материалом для основы заготовки втулки служит
сталь, содержащая до 0,3% углерода, и для внутреннего слоя во многих
случаях — оловянная бронза.
Для обеспечения прочного соединения слоя бронзы с основой
последняя подвергается тщательной химической обработке. Наружную
поверхность основы покрывают краской, состоящей из 60% графита
и 40% мела (в виде порошка), разведенных в воде с сульфидной бардой
для предупреждения окисления этой поверхности. Основу нагревают
до 1150° С, устанавливают на центробежную машину и заливают.
После заливки бронзы включают воду, охлаждающую наружную
поверхность основы, и когда температура достигнет 600—700° С, выклю-
чают охлаждение и останавливают форму, а залитую втулку снимают
с машины. Дальнейшее ее охлаждение до температуры 150—200° С
нужно производить с малой скоростью. На практике втулки небольших
размеров укладывают в ящик с песком, а больших размеров — в печь.
Втулки сталь — алюминиевый сплав [22]. На Коломенском тепловозо-
строительном заводе им. В. В. Куйбышева разработана технология
центробежной заливки стальных корпусов вкладышей алюминиевыми
сплавами, отличающимися содержанием олова: 9—11 % Sn и 19—21 % Sn.
Внутренняя поверхность основы тщательно зачищается, проходит
химическую обработку и алитирование. Для алитирования основу
погружают в тигель с алюминием, температура которого 750—780° С,
выдерживают в течение 1,5—2 мин-, затем за 20 сек до заливки устанав-
ливают ее на центробежную машин} и заливают расплавом. Температу-
ра заливки 690—710° С. Перед заливкой подогревают планшайбу и
воронку до 150° С, а разливочный ковш до 200° С. После заливки
включают водяное охлаждение.
Втулки сталь — баббит. Основу подвергают травлению крепкой
соляной кислотой, после чего она промывается и в течение 5—6 мин
обезжиривается в горячем 5—10 %-ном растворе едкого натра. Темпера-
тура раствора 70—100° С. Затем заготовку в течение 2—4 мин про-
мывают в горячей воде (70—100° С). После этого внутреннюю поверх-
ность основы обрабатывают раствором, полученным травлением цинка
соляной кислотой (2/з по объему) с добавлением 40 г нашатыря на 1 л
кислоты и воды (!/з по объему).
Обычно наружные поверхности, не подлежащие заливке баббитом,
прокрашивают краской, состоящей из 1 части порошкообразного мела
и 3 частей воды. В краску можно добавить жидкое стекло или поварен-
ную соль (40 г на 1 л воды). Подготовленные указанным образом
заготовки подогревают в течение 15—20 сек до температуры 150° С и
направляют в ванну с расплавленной полудой. Время пребывания
вкладышей в ванне с полудой зависит от толщины их стенок — от 3 до
БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВТУЛКИ 237
10 мм. Извлеченную из ванны заготовку зажимают в патрон, установ-
ленный на центробежной машине, температура которого 100° С. После
ввода в полость заготовки заливочной воронки (150° С) включают
машину и производят заливку баббита. Через 5—7 сек после заливки
заготовку интенсивно охлаждают, и когда температура на ее внутренней
поверхности достигает 100—150° С, останавливают машину и с патрона
снимают полученную биметаллическую заготовку.
Виды и причины брака: 1) плохое прилегание баббита к вкладышу
вызывается некачественной подготовкой поверхности вкладыша или
низкой его температурой перед заливкой; 2) ликвация и усадочные
Рис. 181. Машина (ЦНИИТМАШ) для заливки баббитом вкладышей подшип-
ников небольших габаритов
явления вызываются завышенной температурой баббита при заливке и
малой скоростью охлаждения заготовки после заливки баббита,
3) разностенность слоя баббита объясняется неправильной сборкой
и установкой вкладыша в патрон машины; 4) наплывы на поверхности
и слоистость баббита вызываются прерывистостью струи расплава во
время заливки, а также низкой температурой баббита.
Центробежные машины ЦНИИТМАШа для заливки вкладышей
подшипников баббитом могут быть использованы также для заливки
вкладышей бронзой и другими расплавами.
На рис. 181 приведена машина модели ЛМ 473 для заливки
вкладышей диаметром до 300 мм и длиной до 250 мм. На сварной
станине смонтированы две опоры шарикоподшипника с полым шпин-
делем. На шпиндель на винтовой нарезке насажен диск с тремя тягами.
С противоположной стороны на этих тягах расположены передняя план-
шайба и две пластины. На эти пластины устанавливают подготовленный
к заливке баббитом вкладыш, зажимаемый задней планшайбой, закреп-
ленной на штоке. Шток перемещается вдоль оси в шпинделе.
238
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
Вкладыш прижимается маховиком, к которому прикреплена гайка
с внутренней нарезкой. При вращении маховика шток перемещается
вдоль полого шпинделя и задняя планшайба прижимает втулку к перед-
ней планшайбе. Габаритные размеры машины 1500 X 1000 X 1000 мм,
масса ее 882 кг.
Машина имеет три скорости вращения:
930 обIмин — при наружном диаметре вкладышей 100—150 мм\
664 об!мин — при диаметре 100—250 мм\
465 об!мин — при диаметре 250—300 мм.
Рис. 182. Центробежная машина для заливки баббитом крупногабаритных
вкладышей подшипников прокатных станов (ЦНИИТМАШ)
Центробежным способом изготовляют также крупногабаритные
биметаллические вкладыши подшипников жидкостного трения для
прокатных станов [1].
Машина для центробежной заливки крупногабаритных вкладышей
(рис. 182) состоит из планшайбы 5 с направляющим коническим
выступом 7 и прихватов 6. Планшайба расположена на шпинделе.
Привод быстрого вращения шпинделя состоит из электродвигателя /,
вариатора 2 и ременной передачи 5. Привод 4 служит для медленного
вращения шпинделя 8. Заливку крупногабаритных вкладышей прокат-
ных станов производят высокооловянистым баббитом. Технологическая
схема процесса показана на рис. 183.
После химической подготовки основы (вкладыша) ее быстро уста-
навливают на планшайбе 5 центробежной машины и закрепляют при-
хватами 6 (см. рис. 182). Форме сообщают вращение вначале
15—60 об/мин (в зависимости от диаметра втулки) и заливают
небольшую порцию олова, достаточную для смачивания всей внутрен-
ней поверхности. После этого на поверхность насыпают флюс, включают
быстрое вращение шпинделя (k = 25 30) и заливают баббит. Через
40—50 сек после заливки включают водяное охлаждение, чтобы охла-
дить заготовку до 50—60° С в течение 5—8 мин.
БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВТУЛКИ 239
Метод последовательной заливки слоев металла. Возможность полу-
чения этим способом биметаллических заготовок с качественным
стыком обоих слоев практически доказана. Шлаковые и другие неме-
таллические загрязнения с внутренней поверхности первого слоя
всплывают через второй жидкий слой на его внутреннюю поверхность.
Этим способом могут быть получены двухслойные заготовки из всевоз-
можных сплавов, в том числе и металлошлаковые. Между слоями
металла образуется переходная зона, которая по своему химическому
составу отвечает промежуточному составу обоих залитых сплавов.
Основным фактором, определяющим величину переходной зоны,
является, согласно данным И. М. Поздышева, длительность перерыва
между заливкой первого и второго слоев. Если производить заливку без
Заливка баббита Лужение Обмазка
Рис. 183. Схема технологического процесса заливки баббитом вклады-
шей подшипников прокатных станов и расположение оборудования
перерыва, то второй слой как самостоятельный не выделяется, так как
слои перемешиваются.
П. Е. Лямин получал биметаллические втулки следующих составов:
сталь — бронза, бронза — сталь, чугун — бронза, бронза — чугун. Ниже
приведены некоторые составы сплавов и технологические данные
о заливке. Втулки из стали и бронзы имели следующий состав: 1) сталь:
0,05—0,2% С; 0,2—0,25% Si; 0,6—0,8% Мп; 0,05—0,08% S; 0,05—
0,09% Р; 2) бронза: 80% Си; 3,0—4,0% Si, 3,0—4,0% РЬ и осталь-
ное Zn. Температура стали перед заливкой 1500—1550° С, бронзы
1100—1150° С.
Температура изложницы перед заливкой 150—200° С, окружная
скорость ее 8 м)сек.
Продолжительность выдержки после заливки стали до заливки
бронзы составляет 15—25 сек. При этом достигается наиболее каче-
ственное соединение обоих сплавов между собой. Значительное увели-
чение выдержки вызывает расслоение.
При заливке стали на бронзу технология остается той же, но интер-
вал выдержки 20—30 сек.
Химический состав чугуна и бронзы при последовательной заливке
следующий: 1) чугун: 3,2—3,4% С; 2,2—2,4% Si; 0,6—0,8% Мп; 0,18—
0,22% Р; 0,12% S; 2) бронза: 80% Си; 3—4% РЬ; 3—4% Si; остальное
Zn. Выдержка до заливки второго расплава 15—25 сек. При уменьшен-
ном интервале наблюдалось вытеснение жидкой бронзой чугуна, так
как плотность бронзы больше плотности чугуна. Увеличенный интервал
не обеспечивал соединения слоев. При заливке чугуна на бронзу тех-
нология остается той же, интервал выдержки 20 сек.
240_______________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВАЛКИ МЕЛКОСОРТНЫХ СТАНОВ
ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
В СССР и в некоторых зарубежных странах (например, в Японии)
ведутся работы по применению центробежнолитых чугунных биметал-
лических валков мелкосортных станов горячей прокатки (85]. Центро-
бежное литье валков производится методом последовательной заливки
двух слоев металла. В ЦНИИТМАШе центробежное литье валков с
бочкой диаметром до 250—300 мм производят на машинах роликового
типа с горизонтальной осью вращения. Бочка валка оформляется ме-
таллической формой со слоем теплоизолирующего сыпучего материала
(песок и цирконовая мука), а цапфы — вставными стаканами, футеро-
ванными смесью на жидком стекле. Металл заливают с закрытыми
Рис. 184. Форма для центробежного литья двухслойных прокатных
валков
торцами через литниковое устройство, плотно прилегающее к вращаю-
щейся изложнице (рис. 184) так, что форма заполняется полностью
и после затвердевания отливки, вследствие усадки металла, образуется
осевое отверстие диаметром около 10% от наружного диаметра бочки.
Для наружного слоя бочки валка применялся легированный чугун,
а для сердцевины и цапф валка — серый или магниевый чугун
(табл. 64).
Таблица 64
Состав чугуна для валков в %
Слой валка Чугун С Si Мп S р Сг Прочие
Рабочий Хромо- никелевый 3,0—3,2 0,4—0,5 0,5—0,6 До 0,01 До 0,02 0,7— 0,8 До 0,3; 1,5—2,2
Высоко- хромистый 2,8—3,1 0,5—0,6 0,5—0,5 До 0,01 До 0,05 15,0— 17,0 До 1,0
Сердце- вина Высоко- прочный 3,0—3,2 2,3—2,7 0,4 До 0,003 До 0,04 — 0,08
Серый 3,4—3,6 1,3—2,4 0,4—0,6 0,05— 0,08 0,10— 0,15 — —
БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВАЛКИ МЕЛКОСОРТНЫХ СТАНОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ 241
Таблица 65
Состав металла наружного н внутреннего слоев валка в % [Н7]
Слой с Si Мп р S Ni Сг Мо
Наружный . . . 1,54 0,48 0,76 0,033 0,024 0,86 0,97 0,38
Внутренний . . . 3,27 1,4 0,49 0,003 0,029 0,98 0,37 0,12
В табл. 65 приведен состав металла валков, полученных в Японии
[117]. Создание надежного стыка двух металлов определяется соотноше-
нием температуры металлов при заливке, длительностью интервала
Рис. 185. Макроструктура двухслойного прокатного валка, отлитого
центробежным способом
между заливкой рабочего слоя и сердцевины, а также скоростью
заливки второго слоя. Для валков с диаметром бочки 255—275 мм
в результате последовательных экспериментов были установлены
следующие величины указанных параметров: скорость заливки
242______________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
10—12 кг/сек при температуре высокохромистого чугуна 1350—1400° С,
а хромоникелевого 1300—1350° С. Это обеспечивало плотную структуру
и равномерный отбел по длине бочки валка. Температура чугуна
сердцевины валка была 1250—1280° С и интервал между заливками
рабочего слоя и сердцевины составлял 6—7 мин. Меньший интервал
приводит к отбелу сердцевины вследствие размыва металла рабочего
слоя и перехода хрома в сердцевину.
На рис. 185 приведен макрошлиф сечения двухслойного валка
с четким переходным слоем без размыва и без признаков расслоения
двух металлов. В данном валке содержание хрома в сердцевине в
результате перехода из рабочего слоя составляет не более 0,4%. Ско-
рость вращения формы 600 об!мин. Цикл литья валка диаметром
255—275 мм 60—70 мин. Рабочий слой металла по всей длине бочки
имеет равномерную толщину, которую можно регулировать весовым
дозированием металла первого слоя.
Твердость бочки валка по длине постоянная, падение твердости
по сечению рабочего слоя из хромоникелевого чугуна незначительно, а
высокохромистого чугуна вообще не наблюдается.
Микроструктура рабочего слоя из хромоникелевого чугуна состоит
из цементита и тонкодисперсного перлита; при этом переходный слой
в центробежном валке уже, чем в обычном.
Испытание центробежных валков в работе прокатного стана
проводили в паре с обычными.
Износостойкость центробежных валков с рабочим слоем из хромони-
келевого чугуна была на 30% выше. Характер выработки калибра рав-
номерный, захват полосы надежный, без налипания металла.
Технико-экономическая эффективность применения центробежно-
литых валков определяется снижением расхода металла на тонну
валков с 2,5 до 1,2—1,3, снижением трудовых затрат, увеличением
срока службы на 25—30% (а в некоторых случаях и больше) и повы-
шением производительности прокатного стана.
ДВУХСЛОЙНЫЕ МЕТАЛЛОШЛАКОВЫЕ ТРУБЫ 1
В настоящее время разработана технология центробежного литья
двухслойных металлошлаковых труб методом последовательной заливки
сначала металла, а затем шлака 2.
Характерная особенность труб, изготовленных по этой технологии,
состоит в том, что шлак, имеющий меньшую усадку, чем металл,
обжимается последним, в результате чего оба слоя оказываются
в напряженном состоянии.
Поэтому двухслойные трубы, полученные данным способом, не
нуждаются в термической обработке и этим выгодно отличаются от
известных до сих пор способов центробежного литья труб из оксидных
расплавов.
Опытные трубопроводы из металлошлаковых труб, полученных
центробежным способом, которые находятся в длительной эксплуатации
на Магнитогорском металлургическом комбинате и на других пред-
приятиях, показали высокую износостойкость.
1 Раздел написан по материалам И. Я. Чернявского.
2 Авторы И. Я- Чернявский, С. Н. Миллер, Г. И. Ощепко, А. Ф. Кварнберг.
ДВУХСЛОЙНЫЕ МЕТАЛЛОШЛАКОВЫЕ ТРУБЫ 243
Принятая технология литья двухслойных металлошлаковых труб
предъявляет следующие требования к металлу и шлаку. Металл должен
обладать повышенным коэффициентом усадки по сравнению со шлаком,
достаточной жидкотекучестью, а в твердом состоянии удовлетворитель-
ной прочностью и обрабатываемостью. Этим требованиям вполне удов-
летворяет чугун марок СЧ 12-28 и СЧ 15-32.
Шлак, помимо высокой жидкотекучести и износостойкости, должен
обладать свойством хорошо кристаллизоваться из расплава (шлаки,
подверженные различным видам распада в производстве металлошла-
ковых труб, непригодны).
Этими свойствами обладают шлаки большинства предприятий
черной и цветной металлургии.
Неодинаковая усадка металлического и шлакового слоя потребовала
разработки специальной конструкции стыка металлошлаковых труб.
На рис. 186, а показана торцовая 1 ?
часть двухслойной трубы до усадки, а
на рис. 186, б тот же стык в оконча-
тельном виде после усадки. Торец
шлакового слоя имеет скос для уста-
новки прокладки. В металлошлаковых
трубах для удобства их соединения
предусмотрены бурты. Один из буртов
получают литьем, а другой крепят
к гладкому концу трубы. Были опробо-
ваны различные способы крепления
второго бурта. Наиболее рациональ-
ным оказалось приклеивание бурта
клеем на основе смолы ЭД-5 или ЭД-6.
в)
Рнс. 186. Торцовая часть металло-
шлаковой трубы:
а — до усадки; б — после усадки-
1 — чугунная основа; 2 — слой шлака
Практика литья металлошлаковых
труб подсказала оптимальную с точки зрения изготовления трубы и ее
эксплуатации толщину стенки чугунной оболочки 5 мм и шлакового
слоя 12—18 мм.
Оборудование для литья металлошлаковых труб. Оборудование со-
стоит из агрегата для плавки чугуна, агрегата для плавки шлака
и центробежной машины. Плавка чугуна и шлака возможна в вагран-
ках. Если шлак поступает прямо из доменной печи, то его подают
в подогреваемые миксеры, сливают в гомогенизацпонные барабаны, а
затем раздают в заливочные ковши.
Центробежная установка предусматривает литье металлошлаковых
труб по поточному методу. В обороте находится несколько изложниц,
которые последовательно поступают на позицию заливки. На этой по-
зиции (рис. 187) находятся роликоопоры 9\ электродвигатель 8 для
вращения приводных роликов; две крышки 5, которые закрывают
изложницу 6 с обоих торцов, и два заливочных желоба 7 и 1: один для
чугуна, другой для шлака.
Особенностью конструкции является устройство крышек. Каждая
крышка 5 имеет проточку и опирается на три ролика 4, которые за-
креплены в обойме 3. Обойма 3 связана штифтами 2 с подвижной
плитой 10 (привод для передвижения плиты 10 не показан). Переме-
щая плиту 10. можно закрыть или открыть крышку.
После затвердевания отливки крышки изложницы отодвигают,
изложницу передают на позицию выталкивания, а на ее место ставят
новую изложницу, и цикл повторяется.
244_______________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
Производительность центробежной машины около 10 двухслойных
труб в час. Трубы испытывают гидравлическим давлением до 40 кгс)см2.
Параметры технологии литья металлошлаковых труб. Температура
заливки шлака была установлена на основе изучения его жидкотекуче-
сти [109]: для магнитогорского шлака в пределах 1330—1340° С, а для
балхашского 1220—1270° С. Более высокая температура вызывала рез-
кое охлаждение шлака и критическое содержание стекловидной фазы,
которая ухудшала качество шлакового слоя.
Рнс. 187. Схема опытной центробежной машины для лнтья металлошла-
ковых труб
Способы дозирования (по объему или массе), пригодные для заливки
чугуна, не могут применяться для заливки шлаков из-за их склонности
к образованию толстых настылей. Наиболее точная дозировка шлаков
была получена методом перелива через калибровочное отверстие
крышки изложницы.
Скорость вращения была принята 500—600 об/мин, что соответству-
ет расчетному гравитационному коэффициенту на внутренней поверхно-
сти шлакового слоя k = 20 30.
Особенности затвердевания шлакового слоя. К моменту заливки
шлака чугунная оболочка уже затвердевает. Шлаковый расплав отдает
тепло со своей наружной поверхности чугуну, а с внутренней — воздуху.
Вследствие большой вязкости шлака, затрудняющей какую-либо конвек-
цию, он остывает, образуя твердую корку по наружной и внутренней
поверхности, а средние слои остаются жидкими.
ДВУХСЛОЙНЫЕ МЕТАЛЛОШЛАКОВЫЕ ТРУБЫ_________________________________________245
Исследования затвердевания шлака проводили при помощи специ-
ального устройства 1 (рис. 188).
В изложнице 1 с помощью распорок 2 закрепляли полую державку 3
с несколькими термопарами 4, расположенными в две группы: одна по
середине изложницы, а другая — ближе к торцу, противоположному
заливке.
Рис. 189. Кинетика затвердевания шлакового слоя:
а — в середине трубы; б — у торца трубы
В каждой группе термопары располагали на различных расстояниях
от оси изложницы для замера температуры в различных зонах по
сечению шлакового слоя. Выводы термопар соединяли с кольцами 5
токосъемного устройства и через него с потенциометром 6. Как видно
из рис. 189, нарастание затвердевшей корки идет с двух сторон от
наружной поверхности шлакового слоя (кривая 1) и от внутренней
(кривая 2). Скорость нарастания корки с наружной стороны в первое
время больше, чем с внутренней, а впоследствии наблюдается обратная
1 Авторы устройства: И. Я. Чернявский, С. Н. Миллер, Г. И. Ощепко, А. Н. Клещев.
246 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
картина. Обе кривые сходятся в средней зоне по сечению, где и закан-
чивается затвердевание шлакового слоя.
Сравнение кинетики затвердевания у торца трубы и в ее середине
показывает, что у торцов затвердевание идет быстрее. Было установле-
но, что торцы труб из некоторых шлаков сильно переохлаждались
вследствие большого перепада температур, что приводило к остеклению
концевых поверхностей.
Для выравнивания температуры по длине и устранения местного
переохлаждения было применено искусственное охлаждение внутренней
поверхности трубы продувкой воздухом. Это привело к образованию
более равномерной структуры по длине трубы.
Кроме того, обдувка внутренней полости трубы позволила сократить
продолжительность затвердевания труб из балхашских шлаков до 5 мин
вместо 7 мин.
Дефекты шлакового слоя и их связь с параметрами технологии.
Усадочные рыхлоты и раковины образуются в шлаковом слое трубы
при заливке перегретого шлакового расплава.
Газовые раковины появляются в шлаковом слое при значительной
газон асыщенности расплава. Иногда газовая раковина является
следствием захвата воздуха шлаком.
Для устранения газовых раковин необходимо дегазировать шлаковый
расплав. В лабораторных условиях это достигается постоянным
перемешиванием расплава перед заливкой, а в промышленных условиях
необходимо применение гомогенизатора. Кроме того, не следует перегре-
вать расплав, а слив его производить в предварительно просушенный
ковш.
Неровности внутренней поверхности. При охлаждении отливки
замечено, что свободная поверхность ее покрывается либо складками
и пузырями, либо спелями. Причем для «длинных» шлаков характерна
морщинистая поверхность, а для «коротких» шлаков — поверхность,
покрытая спелью L
Появление указанных неровностей (пузырей и складок) объясняется
одновременным двусторонним охлаждением расплава. В то время, как
внутренний и наружный слои начинают затвердевать, масса шлака
между ними остается в жидком состоянии. Прн дальнейшем остывании
объемная усадка этой массы приводят к образованию складок еще
пластичного поверхностного слоя. Практика промышленной эксплуата-
ции металлошлаковых труб показала, что после годичной работы
неровности сглаживались и внутренняя поверхность трубы становилась
гладкой.
Остекление торцовых поверхностей трубы происходит при заливке
перегретого расплава, а также от охлаждающего действия крышек
изложницы. Снижение температуры заливки и обдувка трубы изнутри
позволяют устранять этот дефект.
Трещины в шлаковом слое бывают тонкие, волосяные, едва заметные
невооруженным глазом, обычно продольного направления, и более широ-
кие и короткие в поперечном направлении, встречающиеся значительно
реже. Их возникновение объясняется термическими и фазовыми напря-
жениями, появляющимися в отливке при охлаждении. Как показали
1 «Длинными» шлаками принято называть шлаки, вязкость которых прн затверде-
вании медленно нарастает и они тянутся в длинные нити. «Короткие» шлаки имеют
более узкий интервал затвердевания.
ОСТЕКЛЕНИЕ СТАЛЬНЫХ ТРУБ---------------------------------------------------------- 24/
испытания, трещины постепенно заиливаются мелкими частицами дви-
жущейся массы, а шероховатости сглаживаются. Однако трубы
с футеровкой, имеющей поперечные трещины шириной более 0,7—1 мм,
не могут быть допущены к эксплуатации.
Технико-экономическая эффективность металлошлаковых труб опре-
деляется высокой износостойкостью. Вследствие увеличения долговечно-
сти металлошлаковых труб по сравнению со стальными при транспор-
тировании абразивных материалов экономия на 1 км трубопровода
составляет от 67 до 84 тыс. руб. (в зависимости от типа шлаков).
Наиболее износостойки трубы, футерованные балхашскими шлаками.
После трехлетней промышленной эксплуатации шлаковый слой умень-
шился всего на 2 мм, Доменные магнитогорские шлаки за это же время
подверглись истиранию почти на всю глубину. Тем не менее износостой-
кость даже доменных шлаков оказалась в 8 раз больше стальных
труб.
ОСТЕКЛЕНИЕ СТАЛЬНЫХ ТРУБ
Сущность этого метода состоит в заливке расплавленного стекла во
вращающуюся стальную трубу. Для опробования метода и выявления
параметров технологии во ВНИТИ создана лабораторная установка [24].
Установка (рис. 190) состоит из неподвижной станины 10, на которой
монтируются поворотная рама 9, подвижная тележка 11 и заливочный
Рис. 190. Схема установки для остекления труб центробежным способом:
1 — механизм поворота рамы 9; 2 — желоб; 3 — опорный зажим трубы 12; 4 — го-
релка; 5 — приводной зажнм трубы; 6 — привод вращения трубы; 7 — привод тележ-
ки //; 8 —• трос; 10 — станина
248_______________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ДВУХСЛОЙНЫХ ЗАГОТОВОК
желоб 2 на поворотной раме 9. Для поворота рамы 9 служит привод 1.
На тележке находится стальная труба 12, опирающаяся на два
зажима — опорный 3 и приводной 5. Последний получает вращение от
привода 6. Для нагрева стальной трубы служат горелки 4.
Тележка 11 перемещается вдоль поворотной рамы 9 от привода 7
и троса <8.
Стальную трубу 12 с протравленной поверхностью закрепляют в за-
жимах 3 и 5, приводят во вращение и подогревают. Затем расплавлен-
ное стекло заливают в желоб 2, откуда оно стекает в трубу. При этом
включают движение тележки, и таким образом труба одновременно
вращается и движется поступательно в осевом направлении. Залитое
стекло распределяется в трубе относительно равномерным слоем толщи-
ной 1,5—5 мм.
В результате изучения технологии установлено, что качество по-
крытия в первую очередь зависит от состава стекла. Важнейшие
требования, предъявляемые к стеклу, таковы: коэффициент термиче-
ского расширения стекла должен быть меньше коэффициента термиче-
ского расширения металла, но близок к нему. В результате обжатия
стекла металлом достигается дополнительная прочность покрытия.
Вторым необходимым свойством стекла является высокая жидкоте-
кучесть. Проведенные опыты позволили изыскать составы стекол с тре-
буемыми свойствами, а также установить оптимальную температуру
подогрева трубы и оптимальную скорость вращения.
Трубы диаметром 114 мм и длиной 1000 мм, остекленные центро-
бежным способом, выдерживали тепловой удар 250° С не менее
3—4 теплосмен, механический удар (0,13 кгс-м) шарика по наружной
поверхности трубы не менее 3—4 раз. Качество покрытия по сплошности
было удовлетворительное.
ГЛАВА XII
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИИ
Фасонные изделия изготовляют центробежным литьем в случаях,
когда литьем в неподвижные формы эти изделия либо не могут быть
получены, либо получаются с плохими технико-экономическими показа-
телями. Опыт доказал, что центробежное литье фасонных деталей
особенно эффективно в случае литья:
1) тонкостенных деталей с извилистыми очертаниями;
2) изделий с тонким, острым рельефом, т. е. с малыми радиусами
закругления в переходах рельефа;
3) изделий, требующих улучшенного питания из прибыльной части,
большой плотности и чистоты металла;
4) указанных изделий из сплавов, обладающих малой жидкотеку-
честью или в условиях, снижающих жидкотекучесть (повышенная
вязкость, высокое поверхностное натяжение, небольшой перегрев, высо-
кая теплопроводность формы и т. д.).
По сравнению с литьем тел вращения центробежное литье фасонных
изделий имеет, как правило, следующие особенности:
1. Металл поступает в замкнутый объем и приводится во вращение
не трением, а принудительно, вследствие чего здесь отсутствует посте-
пенное увлечение поступающего в форму металла, характерное для
литья тел вращения.
2. Вся отливка ограничена формой и обычно не имеет свободной по-
верхности, характерной для многих тел вращения (втулки, трубы).
3. Металл в полость формы подается по вращающейся вместе с ней
литниковой системе, в то время как при литье тел вращения металл
стекает в форму по неподвижному желобу, а далее свободной струей.
В отдельных случаях отливки располагаются в форме таким обра-
зом, что центр тяжести их находится на оси вращения, в других слу-
чаях — вне оси вращения. Однако всегда центр тяжести всех отливок
вместе с литниковой системой должен находиться на оси вращения для
того, чтобы не было дисбаланса.
Для центробежного литья фасонных изделий применяют песчано-
глинистые металлические, керамические и графитовые формы.
Большинство фасонных изделий получают в формах с вертикальной
осью вращения. Формы с горизонтальной осью вращения используют
редко.
В ЦНИИТМАШе разработана машина для литья фасонных изделий
в песчано-глинистые формы (рис. 191). Машина рассчитана на поточную
250___________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
организацию литья. Форму 1 устанавливают на конус 2 на шпинделе 3.
Форма не требует какого-либо дополнительного крепления. После за-
твердевания отливки форму снимают с конуса и машина может быть
использована для следующего цикла.
Машину устанавливают в приямке таким образом, чтобы конус
шпинделя возвышался над уровнем пола на 50—100 мм. Вращающиеся
Рис, 191. Центробежная машина для литья фасонных изделий в песчаиые
формы
части машины ограждены цилиндрическим кожухом 4, который может
возвышаться над уровнем пола на 1000—1580 мм.
Габаритные размеры машины без привода 1470 X 1250 X 1575 мм.
При установке двигателя мощностью 7 кет наибольшая масса залитой
формы 6 т. При установке двигателя мощностью 10 кет наибольшая
масса залитых форм может быть повышена до 10 т.
На рис. 192 приведена вертикальная центробежная машина с ло-
бовым вариатором 1 скорости.
Изменение скорости обеспечивается перемещением электродвигателя
с малым фрикционным диском. Прижим фрикционных дисков осуществ-
ляется пружиной.
ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫЕ ФОРМЫ
251
ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫЕ ФОРМЫ
При центробежном литье фасонных изделий заполнение формы
происходит в иных условиях, чем при других способах литья. В част-
ности, на затекание металла в радиальные каналы влияет инерция.
Рис. 192. Вертикальная центробежная
машина с лобовым вариатором I скоро-
сти
Подробное исследование показало,
что инерционное скольжение жидко-
го металла в цилиндрическом метал-
лоприемнике препятствует затека-
нию его в примыкающие к металле-
приемнику радиальные каналы.
Для нахождения рационального
профиля литниковых каналов был
проведен следующий опыт: на цен-
тральную часть вращающегося бу-
мажного диска капали чернила.
Ф
Рис. 194. Сифонная литниковая система (а)
при центробежном литье и эквивалентная
система (б) при обычном литье:
/ — литниковый ход; 2 — питатель; 3 — полость
формы; 4 — шлакоуловитель
Рис. 193. Движение жидкости
на вращающемся диске
На бумаге четко вырисовывалась траектория относительного
движения чернил (рис. 193). Литниковые каналы, очерченные по такого
рода изогнутым кривым навстречу вращению, обеспечивают хорошее
затекание металла в полость формы, а также предотвращают размы-
вание «набегающей» (задней по вращению) стенки канала под действием
поворотного (Кориолисова) ускорения.
Металл в полость формы может поступать через прямую или сифон-
ную литниковую систему. При прямой литниковой системе металл
поступает в форму с большой скоростью, а при сифонной — более
спокойно.
На рис. 194, а показана литниковая система, построенная с учетом
поворотного ускорения и сифонной подачи металла в полость формы,
252___________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
а на рис. 194,6 — эквивалентная литниковая система для условий
стационарного литья. Обе системы повернуты на 90° относительно друг
друга. Это объясняется тем, что центробежная сила, действующая на
жидкость, направлена горизонтально, тогда как при стационарном литье
жидкость находится под действием силы тяжести.
При центробежном литье давление металла на поверхность формы
больше, чем при стационарном, поэтому должны быть предусмотрены
дополнительные мероприятия против пригара формовочной смеси к
поверхности отливки. Для этого на поверхность сырых форм наносят
органические вещества (мазут, битум, растворенный в мазуте, мазут с
сульфитной бардой и пр.), а на поверхность сухих форм — подогретую
обезвоженную древесно-угольную смолу.
Когда отливки не имеют извилистых, тонких очертаний, но требуют
повышенного давления для улучшения питания, целесообразно заливать
металл при низких скоростях или при неподвижной форме и лишь по
окончании заливки сообщать форме полную скорость. В этом случае
уменьшается образование пригара на отливках и упрощается заливка
металла.
Центробежная сила улучшает условия питания отливок, что позво-
ляет уменьшить объем прибылей. Однако никакое даже сильно повы-
шенное давление не в состоянии обеспечить получение плотной отливки,
если по условиям затвердевания в ней образуются изолированные от
прибыли объемы жидкого металла. При центробежном литье так же,
как и при других способах литья, необходим правильный выбор пара-
метров технологии для каждой отливки, чтобы обеспечить последова-
тельность ее затвердевания. Таким образом, прибыли, холодильники
и тому подобные устройства сохраняют свое значение и при центробеж-
ном литье. Они лишь изменяются в размерах и расположении в соот-
ветствии с особенностями данного процесса.
Веицы шарошек для установок колонкового бурения [4]. Шарошки
применяют в шахтном строительстве при проходке стволов и скважин.
Их венцы изготовляют, как правило, из поковок, которые проходят
сложную термическую и механическую обработку.
Центробежное литье венцов шарошек из стали 20ХНЗА производили
в форме, собранной из стержней и вращающейся горизонтальной оси
(рис. 195). Наружный диаметр венцов 450 мм, длина 135 мм. Все венцы
отличались по числу рядов зубьев (2 и 3) и по числу зубьев в каждом
ряду.
В стержневом ящике зубья оформляли отъемные сегменты (на 3 зу-
ба), которые извлекали из стержня в направлении к оси венца
шарошки.
Форму заливали металлом через сифонную литниковую систему с
коллектором. Такой способ заливки обеспечивает поступление в форму
более чистого металла, так как неметаллические включения всплывают
на поверхность еще в коллекторе. Кроме того, металл, проходя через
литники, приобретает угловую скорость формы и без удара заполняет
зубчатую часть стержня. Дозирование металла производили по массе
плавки в индукционной печи (115 кг жидкого металла). Скорость
вращения формы во время заливки 400 об!мин (k = 39,5). Температура
заливки 1570—1590° С, продолжительность 43—60 сек. Во время за-
твердевания отливки в течение 20 мин производили (12 раз в минуту)
торможение изложницы до 280 об!мин с последующим разгоном до
400 об!мин. На внутреннюю поверхность отливки засыпали экзотерми-
ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫЕ ФОРМЫ 253
ческую смесь для утепления внутреннего слоя металла и улучшения
питания отливки.
После удаления из изложницы, полного остывания, выбивки стержня
отливку подвергали термической обработке. Отливки венцов приведены
Рис. 193. Форма для литья венцов бурильных шарошек
Рис. 196. Венцы шарошек
на рис. 196, микроструктура литых и кованых венцов — на рис. 197,
а механические свойства после термообработки — в табл. 66.
Преимущество изготовления шарошек центробежным литьем по срав-
нению с ковкой — это резкое сокращение расхода металла и механиче-
ской обработки, а также снижение себестоимости шарошки.
Эффективность применения центробежных шарошек состоит также
в повышении эксплуатационных показателей их по сравнению с кова-
254 __________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Механические свойства венцов
Таблица 66
Способ изготовления °в в кгс мм2 ст в кгс мм2 й В % Ф в %
Ковка Центробежно.- литье 81,7 87.2—109,0 63,4 66—88.5 16,7 12,3—14,0 57 30,6—45,3
Рис. 197. Микроструктура венца шарошкн из стали 20ХНЗА после термооб-
работки:
а — литая заготовка (Х100): б — кованая заготовка (X100)
ними. Например, скорость бурения коваными шарошками глинистых
сланцев 0,33 м/ч, а центробежными шарошками 0,53 м/ч.
Корпус клапана. На рис. 198 показаны два варианта изготовления из
стали корпуса клапана. В первом варианте корпусы расположены
радиально, причем удаленный массивный фланец находится в условиях
наибольшего давления, но не получает достаточного питания. В этих
местах обнаруживаются усадочные раковины и отливки дают течь при
испытании. Второй вариант обеспечивает более правильное питание
отливки. Шаровые прибыли обеспечивают питание массивных фланцев.
Объем прибылей меньше на 40 -50% объема прибылей при стационар-
ном литье тех же деталей, что увеличивает выход годного литья.
Корпусы клапанов изготовляли в сухих песчано-глинистых формах.
Металл заливали в неподвижную форму с последующим разгоном до
400 об/мин, что соответствует гравитационному коэффициенту k = 70
в наиболее удаленной от оси вращения части отливки. Продолжитель-
ность заливки 14 сек, продолжительность вращения формы до затвер-
девания отливки 10 мин.
Отливки для авиационного и энергетического машиностроения. Кор-
пусы авиационных компрессоров, газовых турбин, фасонные барабаны
и крышки энергетических установок высокого давления изготовляют
центробежным литьем из высоколегированных жаропрочных сплавов
ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ В ПЕСЧАНО-ГЛИНИСТЫЕ ФОРМЫ
255
с большими припусками на обработку для полного удаления дефектных
зон [125].
Корпус газовой турбины двигателя «Протеус» (рис. 199) представ-
ляет собой тело вращения, отливка же является фасонным изделием.
Форму собирают из четырех стержней на стальной плите; затем на
стержни надевают стальную обечайку, накрывают крышкой и стягивают
болтами. Форму ставят на фланец шпинделя центробежной машины и
закрепляют четырьмя винтами.
Заливку производят из стопорного ковша при медленном вращении
(50 об]мин), Металл поступает в форму по шести радиальным каналам.
После заполнения формы. скорость вращения ее увеличивают до
200 об!мин (на наружном диаметре k = 15, на внутреннем диаметре
k = 9,7).
Венец червячного колеса и другие детали из бронзы [92]. Венцы
червячного колеса из бронзы Бр.ОФЮ-1 изготовляли на центробеж-
ной машине с вертикальной осью вращения (переделана из кару-
сельного токарного станка) в комбинированной форме (рис. 200).
Наиболее массивная часть отливки получалась в кокилях, а более
тонкие части — в стержнях. Для предохранения верхней плоскости
нижнего центрального стержня от размывания струей металла в месте
падения струи устанавливали шамотный кирпич. Для получения плот-
ной отливки по мере усадки доливают горячий металл. Скорость
вращения формы 190 об!мин, что соответствует гравитационному коэф-
фициенту на внутреннем диаметре k = 5,3 и на наружном k = 21,5.
Продолжительность вращения до затвердевания 45 мин, после чего
форма поступает на выбивку.
При литье венцов центробежным способом брака не было, в то .время
как при различных вариантах стационарного литья не удалось получить
ни одной вполне годной отливки. Расход металла при переходе на
центробежное литье сократился на 530 кг на одно изделие.
256 __________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Помимо литья в комбинированные формы, применяют литье
бронзовых деталей в песчано-глинистые формы. Формы изготовляют
в круглых опоках диаметром 1500 мм и высотой 600 мм, устанавли-
ваемых на машине с вертикальной осью вращения. Формы изготовляют
из быстротвердеющей смеси, состоящей из кварцевого песка,
Рис. 199. Корпус газовой турбины:
а — с литниками и прибылью; б — после
отрезки литников и прибыли; в — после
черновой механической обработки
6,5—7,5 частей жидкого стекла
(модуль 2,2—2,5) и 0,2—0,3 час-
тей мазута. Формы сушатся газо-
вой горелкой.
%
Рис. 200. Венец червячного колеса (а)
и форма (б) для отливки венца [92]
Для предупреждения пригара в отливках (в особенности из оловян-
ной бронзы) формы окрашивают.
Опыт центробежного литья крупных деталей из бронзы различных
марок показывает, что для получения качественных отливок необходимо
соблюдать следующие требования: держать в исправности машины
и оснастку и, в частности, не допускать биения формы (до 1—2 мм);
заливать металл в очищенные от ржавчины и подогретые кокили; выдер-
живать оптимальную температуру заливаемого металла; не допускать
резкого местного охлаждения отливки изнутри.
ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ В КЕРАМИЧЕСКИЕ ФОРМЫ,
ИЗГОТОВЛЕННЫЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ
Вакуумная установка для литья тонкостенных изделий (лопаток
и др.) из жаропрочных сплавов. Некоторые жаропрочные сплавы при
разливке на воздухе склонны к окислению, образованию плен и т. п.
В настоящее время создана промышленная установка для центро-
бежного литья в вакууме тонкостенных деталей из высокореакционных
жаропрочных сплавов [111].
Установка (рис. 201) состоит из двух камер: плавильной 10 и зали-
вочной 8, разделенных вакуумным шиберным затвором 9, который при
ФАСОННЫХ изделий В КЕРАМИЧЕСКИЕ формы
№ •* •> э
д1
Рис. 201. Вакуумная установка для центробежного фасонного литья из жаропрочных сплавов (мод. ВИЦУ* 125):
/ вакуумный блок; 2 — привод машины; 3 — шкнв; 4 крышка заливочной камеры 8: 5 — корпус шпиндели центробежной
машины; 6 — стол машины; 7 — форма; 9 — шиберный затвор между плавильной Ю и заливочной камерами; Н пулы управ
лення; /2 — устройство для загрузки шнхты; 13 — индукционная плавильная печь; 14 — термопара погружения
(О
Си
258___________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
надобности может быть открыт. В плавильной камере расположена ин-
дукционная печь 13 с тиглем емкостью 125 кг, а в заливочной находится
центробежная машина с вертикальной осью вращения 5, 6, 7.
На столе 6 машины диаметром 800 мм по центрирующей выточке
устанавливаются формы 7. При вращении формы закрепляются тремя
центробежными зажимами. Привод машины состоит из вертикально рас-
положенного двигателя 2 постоянного тока, клиноременной передачи 3
к шпинделю. Скорость вращения регулируется в пределах
100 — 480 об!мин. Корпус 5 шпинделя опирается на нижнюю крышку
заливочной камеры, а нижний конец
шпинделя проходит через ее стенку
и снабжен вакуумным уплотнением.
Для уменьшения вибрации уста-
новки при работе центробежной ма-
шины предусмотрено амортизирую-
щее устройство для камеры. С этой
же целью двигатель 2 смонтирован
на независимом фундаменте.
Установка работает следующим
образом. После загрузки шихты
закрывают дверцу плавильной каме-
ры и шиберный затвор 9 и включают
вакуумные насосы. Когда разреже-
ние в плавильной камере достигает
3 • 10-3 мм рт. ст., включается индук-
тор печи и водяное охлаждение. Ле-
гирующие добавки в тигель печи
Рис. 202. Заготовка из 120 лопаток, изго-
товленная центробежным литьем в ва-
кууме
ленные по выплавляемым моделям
вводятся с помощью поворотного
желоба. Температуру металла заме-
ряют термопарой погружения 14,
опускаемой посредством рычага.
Керамические формы 7, изготов-
и нагретые до 850—900° С, устанав-
ливают на стол центробежной машины через боковую дверь заливочной
камеры 8. После откачки воздуха в заливочной камере до 0,1—
0,2 мм рт. ст. открывают шиберный затвор 9, разделяющий простран-
ства камер, нагревают металл до температуры заливки, включают вра-
щение формы и, поворачивая печь 13 с помощью цилиндра, заливают
металл во вращающуюся форму.
После выдержки под вакуумом закрывают шиберный затвор 9,
отделяя плавильную камеру от заливочной, затем останавливают
машину, соединяют заливочную камеру с атмосферой и удаляют
залитую форму. На установке отливают весьма сложные и тонкостен-
ные детали из жаропрочных сплавов. На рис. 202 показаны тонкостен-
ные лопатки (120 шт.), отлитые на установке.
Техническая характеристика установки
Емкость тигля в кг................................. До 125
Годовая производительность при односменной ра-
боте вт....................................... 295
Размеры форм наибольшие в мм:
диаметр....................................... 700
высота............................... .... 500
Скорость вращения стола в об!мин .... 100—480
Установленная мощность в кет.................. 302
ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ В КЕРАМИЧЕСКИЕ ФОРМЫ 259
Рабочий вакуум в мм рт. ст.:
плавильной камеры................................. 5-10"
заливочной камеры...................... 5*10-2
Масса установки без электрооборудования в г 18,2
Габаритные размеры установки в мм........... 4500x7000X4600
0 305
Рис. 203. Рабочее колесо турбины
Влияние вакуума и нейтральных газов на свойства центробежных
отливок исследовали Н. М. Тучкевич и Б. М. Колобашкин [90]. При
центробежном литье поверхность соприкосновения с воздухом больше,
чем при стационарном, и можно было ожидать более интенсивного
окисления и снижения прочности металла. Однако, как показали опыты,
прочность центробежных
отливок остается высокой
и плены не обнаружива-
ются.
Все же исследователи
приходят к заключению,
что защита металла от
окисления полезна и при
центробежном литье.
Были изучены центро-
бежные отливки из жаро-
прочного сплава, получен-
ные в вакууме, в атмосфере аргона, азота и на воздухе. Влияние за-
щитной атмосферы и вакуума положительно сказывается на прочност-
ных и пластических свойствах и в особенности на жаропрочности отли-
вок. При литье в атмосфере азота жаропрочность оказалась на 30—40%,
а в вакууме на 15—20% выше, чем при литье на воздухе.
Атмосфера аргона несколько снизила жаропрочность, но заметно
повысила пластичность и ударную вязкость. Общий вывод из данного
исследования — центробежное литье в вакууме и в атмосфере аргона
позволяет повысить качество заготовок из пленочувствительных жаро-
прочных сплавов.
Турбинное колесо. Цельнолитое турбинное колесо (рис. 203) из жаро-
прочной стали изготовляют в керамической форме на центробежной
машине с вертикальной осью.
Восковую модель колеса собирают при помощи пайки из отдельных
частей: диска, лопаток и прибыли.
Собранную модель покрывают несколькими слоями огнеупорного
материала.
Модельный состав выплавляют из оболочки в воде, подкисленной
соляной кислотой при температуре 85—95° С.
Полученную оболочку сушат при 150—200° С и передают на фор-
мовку в опоке, имеющей центрирующий конус для установки на машину
центробежного литья.
В качестве наполнителя формы используют отходы плавленого
кварца или кварцевый песок, в который добавляют 1—1,5% буры.
Заформованные оболочки в опоках нагревают до 900° С и при этой
температуре выдерживают в течение 6 ч, после чего формы устанавли-
вают на центробежную машину и заливают.
Непосредственно перед заливкой включают вращение формы.
Как только металл заполнил собственно форму, ее останавливают
и прибыль заполняется уже в неподвижной форме. Для предотвращения
быстрого остывания прибыль покрывается древесным углем.
260___________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИИ
Скорость вращения формы при заливке 285 об/мин, что соответствует
k = 13.6 на наружном диаметре отливки.
Ювелирные и зуботехнические изделия. Эти изделия получают из
благородных сплавов на специальных центробежных машинах (рис. 204).
Порядок операции при литье в основном сходен для всех машин
и приводится ниже:
1. Закрепление тигля и формы.
2. В соответствии с весом тигля и формы устанавливается противо-
вес, чтобы приблизительно уравновесить вращающиеся части.
Рис. 204. Машина для центробежного литья мелких деталей в формы,
изготовленные по выплавляемым моделям
3. Заводят приводную пружину, для чего вращают коромысло по
часовой стрелке. Для завода пружины необходимо сделать 4—5 оборо-
тов коромысла при малых отливках и 7- 8 оборотов при больших
отливках.
4. Установка упора, препятствующего вращению коромысла.
5. Плавка металла в тигле при помощи горелки или электрической
муфельной печи.
6. Оттягивание коромысла по часовой стрелке для освобождения
упора, препятствующего вращению коромысла.
7. Отпуск коромысла. Под действием пружины начинается вращение,
и металл из тигля перетекает в форму. Когда пружина полностью
раскрутится, коромысло продолжает вращаться по инерции до полного
затвердевания залитого металла. Сплавы, применяемые для центро-
бежного литья зуботехнических и ювелирных изделий, имеют в основе
серебро, золото, палладий и платину.
Ввиду того, что форма при заливке испытывает механический и
тепловой удар, толщина ее во избежание трещин нигде не должна быть
меньше 5—7 мм. Заполнение формы металлом происходит очень
быстро — в течение примерно 0,3—0,5 сек.
Скорость вращения на основе практических опытов должна обеспе-
чивать гравитационный коэффициент k = 8 н- 12 на входе в литниковую
систему. Например, при г = 150 мм получим п = 216 4- 260 об!мин.
Разгон формы в большинстве случаев производится быстро, что
обеспечивает хорошее заполнение всех тонких полостей формы.
ЛИТЬЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ.
261
ЛИТЬЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ
Сепараторы роликоподшипников из латуни. Сепаратор представляет
собой кольцо со сквозными радиальными окнами. Обычно их изготов-
ляют из половинок, которые скрепляют между собой заклепками.
В настоящее время освоено центробежное литье цельнолитых сепа-
раторов с окнами. Литье производят на центробежной машине с гори-
зонтальной осью вращения.
Операции удаления стержней, образующих окна, и выталкивания
готовой отливки механизированы. Изложница для литья сепараторов
приведена на рис. 205.
17 8
Рис. 205. Изложница для
центробежного литья сепараторов роликоподшипни-
ков
На горизонтальном полом шпинделе 1 центробежной машины
закреплена обойма 2. В обойме 2 находится изложница, состоящая из
двух колец 11 и 12, скрепленных между собой винтами и прижатых
гайкой 15 к торцу обоймы 2.
В отверстиях обоймы 2 и изложницы находятся стержни 10 клино-
видной формы. Диск толкателя 16 и крышка 13 образуют торцовые стен-
ки литейной формы. Крышка 13 прижата к кольцам изложницы пово-
ротным затвором 14.
Перемещение стержней 10 по радиальному направлению осущест-
вляется копиром 7. Каждый стержень 10 связан с цилиндрическим
пальцем 8 винтом с шаровой головкой 9. Палец 8 проходит через пазы
копира 7 и входит в направляющие канавки 17, расположенные ради-
ально.
При передвижении копира 7 по осевому направлению пальцы 8
движутся в канавках 17 и перемещают стержни 10.
262 ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Копиры 7 закреплены на поводке 6, который тремя стержнями 3
связан с полым штоком 4. расположенным внутри полого шпинделя /.
Внутри полого штока 4 проходит шток толкателя 5 с диском 16.
Для передвижения в осевом направлении полого штока 4 и стержня
толкателя 5 служат два пневмоцилиндра (на рис. 233 не показаны),
закрепленные на шпинделе 1 соосно с ним.
Устройство работает следующим образом. При заливке металла во
вращающуюся изложницу поводок 6 находится в крайнем левом поло-
жении. При этом стержни 10 выдвинуты в полость формы и формируют
отверстия в отливке 18. После того, как в отливке 18 образуется затвер-
девшая корочка, включением
Рис. 206. Форма для литья рабочих
колес центробежных насосов
пневмоцилиндра перемещают поводок 6
и копир 7 вправо. При этом стерж-
ни 10 выходят из отливки. Когда от-
ливка полностью затвердевает, пре-
кращают вращение, поворачивают
затворы 14 и освобождают крыш-
ку 13.
Включением второго пневмоци-
линдра перемещают вправо шток
толкателя 5 с диском 16 и выталки-
вают отливку 18. Количество брака
при литье сепараторов на 1 ГПЗ со-
ставляет — 2%.
Рабочие колеса центробежных
насосов [54]. На одном из заводов более 20 наименований колес массой
от 5 до 18 кг льют центробежным способом. Форма для одного из колес
показана на рис. 206. Стержень 2 формирует канал рабочего колеса
и его лопасти, а нижний стержень 5 воспринимает удар струи заливае-
мого металла. Кокиль, состоящий из половин I и 6, опирается на стол 4
машины и центрируется по выточкам. Стол имеет две стойки с верти-
кальными прорезями 3 для штырей кокиля. Кроме того, иа столе ма-
шины находятся три центробежных затвора 7.
Стержни изготовляют на пескострельной или пескодувной машине
из термореактивной смеси. Прочность стержней 25—27 кгс)мм2 при
газопроницаемости 200. Их красят методом окунания. Перед сборкой
кокиль очищают металлической щеткой, подогревают до 100—150° С и
устанавливают вручную на стол центробежной машины.
Скорость вращения при литье колес диаметром 250—400 мм
160 об/мин, для диаметров 150—200 мм 300 об/мин. /Металл заливают
непосредственно в полость формы из ручного ковша. После затверде-
вания кокиль снимают и удаляют отливку, а на стол ставят другой
кокиль и снова заливают.
Центробежное литье колес насосов из Бр.ОЦСН 3-7-5-1 позволило
устранить брак по усадочной пористости. Прочность металла в толстых
сечениях повысилась до 25 кгс/мм2. Годовой экономический эффект от
замены клепаных колес центробежными составил по заводу 35 тыс. руб.
Клапаны паровых насосов [12]. Многогнездиая металлическая форма
(рис. 207) устанавливается на горизонтальном патроне центробежной
машины и заливается латунью. По сравнению со стационарным литьем
центробежное литье позволило резко сократить брак по пористости
и газовым раковинам.
Роторы короткозамкнутых электродвигателей. Центробежнолитой
ротор короткозамкнутого электродвигателя показан на рис. 208. Ротор
ЛИТЬЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ
263
состоит из пакета листового электротехнического железа и алюминиевых
короткозамкнутых колец со ступицами. При изготовлении роторов
в металлическую форму предварительно устанавливают пакет ротора,
который затем заливают чистым алюминием. Применение в данном
случае центробежного литья вызывается тем, что металлическая форма
имеет узкие каналы (пазы пакета ротора) и глубокие впадины
Рис. 207. Форма для литья клапанов из латуни:
] — клапан; 2 — крышка; 3 — многоместная форма J — толкатеть
Рис. 208. Отливка ротора электродвигателя
(крылья), которые не могут быть хорошо заполнены при обычном
литье. Форма в сборе показана на рис. 209. /Металл попадает сначала
в нижние крылья и нижнее короткозамкнутое кольцо, затем поднимает-
ся по пазам пакета 2 и заполняет верхнее короткозамкнутое кольцо
и крылья. Для удаления воздуха из формы в крышке 3 предусмотрена
выточка. Пакет ротора набран на оправку 8 и заключен в листовой
кожух.
Перед заливкой пакет ротора нагревают до 650° С и устанавливают
в нижнюю часть формы, нагретую до 350—400° С. Затем устанавливают
верхнюю (также нагретую) часть формы и закрепляют крышку. Скорость
264__________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
вращения формы при заливке 250 об)мину гравитационный коэффициент
k = 6 4- 11. После непродолжительного охлаждения машину останавли-
вают и удаляют отливку с оправкой. Обрезка литников и удаление
оправки производится на гидравлическом прессе.
Чугунные кокили и штампы с тонким рельефом. Чугунные кокили
и штампы со сложным тонким рельефом применяют в производстве
различных изделий, в том числе художественных из металлов, пласт-
массы, стекла, резины, кожи, картонажа, ваты и других материалов.
Рис. 209. Металлическая форма для
центробежного литья ротора:
1 — верхняя часть формы; 2 — пакет ро-
тора; 3 — верхняя крышка; 4 — защитный
кожух пакета; 5 — оправка; 6 — центро-
вая втулка
Рис. 210. Про модель:
1 — рамка; 2 — прокладка из бумаги;
3 — модель из пальмового дерева; 4 —
модель питателя
Особенно широко кокили и штампы со сложным тонким рельефом
применяют в производстве игрушек, полиграфии, кондитерской, обув-
ной и других отраслях промышленности.
Изготовление штампов и кокилей обычно обходится дорого, особенно
если их изготовляют ручной гравировкой. В ЦНИИТМАШе была про-
ведена работа по литью центробежным способом чугунных штампов
кокилей для производства игрушек [46]. Результаты этой работы пока-
зали высокое качество отливок, четкость рельефа и низкую стоимость
изготовления кокилей и штампов.
Технологический процесс изготовления кокилей и штампов состоит
из следующих основных этапов. Прежде всего изготовляют первона-
чальную модель (промодель) изделия (рис. 210). По этой модели в
песчано-глинистой форме получают металлическую модель (позитив).
Позитив (рис. 211) зачищают, гравируют и используют затем как кокиль
для литья негатива, который представляет собой кокиль или штамп,
используемый, как уже сказано, для различных назначений. При литье
позитив устанавливают в специальном корпусе (рис. 212) на центробеж-
ной машине с вертикальной осью вращения. Он образует одну из стенок
полости, заливаемой металлом во время вращения.
ЛИТЬЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ 265
Этим методом может быть получено большое число совершенно
идентичных кокилей или штампов, которые трудно получить при их
граверном изготовлении.
Первоначальные модели можно изготовлять из различных материа-
лов: гипса, дерева, пластмассы и т. д. При изготовлении первоначальной
Рис. 211. Позитивы из чугуна изготовленные в песчано-глинис
той форме по-сырому
модели необходимо учитывать тройную усадку металла: 1) позитива:
2) кокиля (штампа); 3) окончательного изделия (игрушки).
В первоначальной модели кокиля к фигуре примыкает модель
литника. Позитив получают из чугуна в сырой песчано-глинистой форме,
изготовленной по первоначальной модели.
В качестве облицовочной смеси применяли смесь из мелкозернистого
песка, употребляемую для бронзового литья; в качестве наполнительной
смеси — обычную смесь для чугунного литья.
Рис. 212. Оснастка для центробежного литья
кокилей и штампов:
/ — пол у фор мы; ? — позитив; 3 — полость формы:
4 — питатель; 5 — модель
Рис. 213. К определению свободной усад-
ки отливки:
/ — опорная площадка для усадки отлив-
ки ?; 5 — позитив
8
Рис, 214. Стол вертикальной центробежной машины с кокилем
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
ЛИТЬЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ 267
Отлитые чугунные позитивы должны быть механически обработаны
и отгравированы.
На модели и на позитивах не должно быть ни малейших «поднут-
рений». Везде должен быть сохранен литейный уклон. Уклоны опреде-
Рис. 215. Кокили и штампы для игрушек
ляются из следующих соображений. Точка A4j (рис. 213) отливки
переместится при усадке в точку М2. Чтобы усадка не зажала позитив,
угол а выступа должен быть больше угла р, определяемого из отноше-
ния 6/а, которое является отношением усадки по направлениям х—х
ну—у.
268__________________________________________ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Таково условие беспрепятственного удаления чугунной отливки.
Литье кокилей и штампов производили на вертикальной центро-
бежной машине (рис. 214) конструкции Ю. Ф. Захарина.
На столе машины установлены подвижные корпусы, опирающиеся
на направляющую призму. В каждом корпусе закреплен позитив, на-
против которого в другом корпусе находится полость, заполняемая
металлом. Металл заливается через воронку, установленную на крышке
ограждения, в центральное литниковое отверстие корпусов и далее
поступает в правую и левую полости.
6)
Рис. 216. Схема заполнения формы метал-
лом:
а — в зависимости от направления вращения;
1 — позитив; 2 — полость формы; 3 — металл;
б — прн позитиве с рамкой
На рис. 215 показаны некоторые
кокили и штампы, отлитые цен-
тробежным способом. Сущест-
венное влияние на качество от-
ливок и стойкость позитивов
оказывает направление враще-
ния во время заливки металла.
При движении вдоль радиаль-
ных литниковых каналов ско-
рость струи металла возрас-
тает.
При выходе из канала в по-
лость формы струя металла не
соприкасается со стенками и
продолжает движение по инер-
ции. При этом если рассмот-
реть ее движение относительно
стенок формы, то она как бы
отклоняется в направлении,
противоположном вращению
(рис. 216). Если вращение ва-
ла машины и корпусов происхо-
дит по часовой стрелке, то по-
зитив будет убегать от струи
металла, а задняя стенка за-
полняемой полости набегает на
нее; если же вращение происходит против часовой стрелки, то позитив,
наоборот, набегает на струю металла.
Оба варианта имеют свои недостатки. Если заполнение идет так,
что металл прижимается к задней стенке, то он оттесняет воздух
к плоскости позитива; в результате получается брак отливки в виде
небольших круглых и неглубоких газовых раковин. Если же металл
прижимается к плоскости позитива, то в отливке образуются полосы
из-за того, что корка металла, первоначально затвердевшая на стенке
холодного позитива, размывается последующей струей.
Кроме того, в случае движения металла по стенке позитива послед-
ний быстро разогревается, и в месте удара струи в позитив происходит
приварка металла.
Чтобы избежать этих видов брака и максимально увеличить стой-
кость позитива, по краям его делают выступающую рамку (см. рис. 216).
При вращении этой конструкции против часовой стрелки удар струи
металла приходится в заднюю стенку рамки позитива только в перво-
начальный момент, а затем струя попадает на слой залитого металла.
В то же время залитый металл прижимается к позитиву и воздух
вытесняется к задней стенке.
ЛИТЬЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ 269
В этой конструкции облегчается отделение отливки от позитива, так
как при усадке отливки по толщине она выступом опирается на рамку
и отрывается от поверхности позитива.
Воздух из полости формы свободно удаляется через зазоры на стык*
корпусов. Специальных воздухоотводящих каналов не требуется.
Скорость вращения при литье чугунных штампов и кокилей была
определена опытным путем и составляла 350 об!мин. Гравитационный
коэффициент в наиболее удаленной части отливки k = 33 (на радиусе
250 мм). Критерием при выборе скорости вращения была достаточная
рельефность получаемых отливок, что определялось на глаз.
Для литья кокилей и штампов применялся ваграночный чугун
следующего химического состава (в %): 3,25—3,34 С; 1,8—2,1 Si; 0,7—
0,8 Мп; 0,13—0,16 Р; 0,08—0,10 S. Температура заливки 1280—1300° С.
Масса двух отливок 7 кг, масса литников 2—3 кг\ общая масса
заливаемого металла 9—10 кг.
Для снятия отбела в отливках применяли отжиг в печах с восста-
новительной атмосферой. Кроме того, лицевую сторону отливки покры-
вали копотью, чтобы избежать образования окалины и порчи тонкого
рельефа.
После отжига кокили и штампы подвергали механической обработке.
При этом полость кокиля или штампа, как правило, сохраняли в литом
виде.
Центробежные кокили использовали для последующего литья игру-
шек из вторичного алюминия. Кокили показали высокую стойкость,
выдерживая более 200 000—400 000 заливок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абаков Л. В. и др. Подшипники жидкостного трения прокатных станов.
М., Машгиз, 1955.
2. Ан шелес О. М., Татарский В. Б.» Штернберг А. А. Скоростное вы-
ращивание однородных кристаллов из растворов. Л., Лениздат, 1945.
3. Байков А. И. Центробежное литье. М., Машгиз, 1956.
4. Балдов А. Л., Крапухин В. М., Завьялов В. Ф. Центробежная от-
ливка венцов шарошек для установок колонкового бурения. Труды ЦНИИТМАШ,
1963, № 36.
5. Б а р а и о в П. И. Влияние условий затвердевания на микроструктуру слитка.
«Цветные металлы», 1936, № 7.
6. Б а т у р и н Е. М. Центробежная отливка поршневых колец и втулок. «Ли-
тейное производство», 1953, № 3.
7. Беньяминов С. Л. Механизированная отливка чугунных труб. «Механи-
зация и автоматизация производства», 1968, № 2.
8. Б е р г П. П. и Семенов П. В. Условия получения во вращающейся излож-
нице гладкого слоя сыпучих теплоизоляционных материалов. Труды ЦНИИТМАШ,
1963, № 36.
9. Березин П. Г., Крымский Д. М., Леонтьев Л. М. Розеточный гра-
фит в структуре маслот, отлитых центробежным способом. «Литейное производство»,
1963, № 3.
10. Б е с а л и н с к и й И. М. Центробежное литье труб в футерованные формы.
«Литейное производство», 1970, № 8.
11. Би дул я П. И., Балдов А. Л. Кристаллизация расплава при динамичес-
ком воздействии в условиях центробежного литья. «Литейное производство»,
1963, № 9.
12. Б о н д а р е в И. Л. Центробежное литье латунных клапанов парового насоса.
«Литейное производство», 1959, № 6.
13. Б р а у н М. П., С о л о в ь е в Ю. Г., М о ж а р е н к о И. П. Структура и свой-
ства центробежнолитых труб из сплавов ЖС6-К и ЭП-375. «Литейное производство»,
1968, № 7.
14. В а г и н Б. Е. Литье чугунных гильз и маслот. Сб. «Центробежное литье»,
М., Машгиз, 1948.
15. Вил юм Б. Ф. Гидродинамическая теория горизонтального центробежного
литья. «Известия АН СССР. Отделение технических наук», 1954, № 10.
16. Вдовин Ф. В., Бе гм а Д. Г., Онищенко Т. Н. Механические свойства
центробежнолитых трубных заготовок из нержавеющей стали. Сб. «Производство
труб». ВНИТИ, вып. 18. М., «Металлургия», 1967.
17. В о л к о в и ц к и й Г. И. и др. Трубные заготовку! из конверторной стали
с применением кислородного дутья. Сб. «Производство труб». ВНИТИ, вып. 3, Харь-
ков, Металлургиздат, 1960.
18. Волковицкий Г. И. и др. Центробежное литье крупногабаритных труб-
ных заготовок из стали 0Х10Н20Т2. «Литейное производство», 1965, № 5.
19. Волковицкий Г. И. и др. Центробежная отливка заготовок из стали
ЭИ-448 для труб больших диаметров. «Литейное производство», 1963, № 6.
20. В о р о б ь е в И. А. и др. Освоение производства литых чугунных труб малого
диаметра. Сб. «Производство труб». ВНИТИ, вып. 13, М., Металлургиздат, 1963.
21. Г а г е н - Т о р н В. О., Г о х ш т е й и И. Б. Влияние конвекции на распределе-
ние температуры в жидком металле. «Металлург», 1940, № 3.
22. Г в о з д е в М. С. Центробежная заливка стальных вкладышей сплавами
АЛ 9-2 и АЛ 20-2. «Литейное производство», 1963, № 7.
23. Головин С. Я. Особые виды литья. М., Машгиз, 1959.
Л ИТЕ РАТУ РА 271
24. Г о н ч а р е в с к и й М. С. и др. Остекление внутренней поверхности стальных
труб центробежным способом. Сб. «Производство труб» (ВНИТИ), вып. 19. М., Метал-
лургия, 1967.
25. Двоскин С. М., Тимофеев А. А., Шкленник Я. И. Стойкость водо-
охлаждаемых изложниц для отливки чугунных труб. «Литейное производство»,
1965, № 10.
26. Д в о с к и н С. М. и др. Освоение новых труболитейных машин. «Литейное
производство», 1969, № 6.
27. Д о л б е н к о Е. Т. и др. Машина для центробежного литья крупных толсто-
стенных стальных заготовок. «Литейное производство», 1967, № 9.
28. Дьячков А. К. Подшипники скольжения жидкостного треиия. М., Маш-
гиз, 1955.
29. Е ф и м о в В. А. и др. Пластические свойства сталей в области температур
у солидуса. «Литейное производство», 1968, № 2.
30. 3 и н о в ь е в Н. В. Центробежная отливка чугунных труб. М., ВИНИТИ,
1958.
31. Зисман М. А. Опыт центробежного литья на Челябинском механическом
заводе «Литейное производство», 1959, № 6.
32. И в а и о в В. Г., Ш и я н В. Г. Прогрессивная технология производства чугун-
ных труб. М., «Машиностроение», 1969.
33. И в а н о в В. Г. и др. Повышение стойкости металлоформ для центробеж-
ной отливки чугунных труб. Сб. «Производство труб», ВНИТИ, вып. 14. М., «Метал-
лургия», 1964.
34. Идельчик И. Е. Гидравлические сопротивления. Л., Госэнергоиздат, 1954.
35. Каменштейи С. Д., Дружинин В. Ф. Желоба для центробежных ма-
шин. «Литейное производство», 1963, № 4.
36. Каневская Т. Б., Константинов Л. С. Машины и технология центро-
бежного литья чугунных труб. М., Метал лургиздат, 1958.
37. Колобашкин Б. М., Тучкевич Н. М. Литые дисковые заготовки из
аустенитной стали. «Литейное производство», 1963, № 9.
38. Константинов Л. С. Определение числа оборотов формы при центро-
бежном литье. Сб. «Теория и практика центробежного литья». М., Машгиз, 1949.
39. Константинов Л. С. К вопросу о форме свободной поверхности отливки
при горизонтальном положении оси вращения формы. Сб. «Теория и практика центро-
бежного литья». М., Машгиз, 1949.
40. Константинов Л. С. Газовые явления при центробежном литье и вызы-
ваемые ими дефекты отливок. «Литейное производство», 1959, № 6.
41. Крымский Д. М. Дозирование металла при центробежной отливке. «Ли-
тейное производство», 1968. № 9.
42. Курбатов М. И. Физические основы литья во вращающемся магнитном
поле. «Литейное производство», 1962. № 2.
43. Лакедемонский А. В. Биметаллические отливки. М., «Машиностроение»,
1964.
44. Л е б е д е в К. П. Центробежное литье втулок из медных сплавов. Сб. «Авто-
матизация и механизация литейного производства». Лениздат, 1957.
45. Л е в и н М. М., Мирзоян Г. С. Центробежная отливка стальных толсто-
стенных заготовок. Труды ЦНЙИТМАШ, 1963, № 36.
46. Левин М. М., Юдин С. Б. Центробежная отливка форм и штампов. М.—
Л., Гизместпром, 1940.
47. Л е в и н М. М., Крапухин В. М. Центробежная отливка конденсаторных
труб. «Литейное производство», 1957, № 6.
48. Л е в и н М. М., Семенов П. В. Некоторые вопросы образования пригара
на стальных центробежнолитых заготовках. Труды ЦНИИТМАШ, 1963, № 36.
49. Литвин Д. М., Морозов Н. Н. Машины для центробежной отливки вту-
лок. «Литейное производство», 1962. № 1.
50. Л у з а н П. П., К л и б у с А. В. Совершенствование ваграночного процесса
при литье цилиндровых гильз. «Литейное производство», 1962, № 10.
51. Любецкий Д. Г. и др. Литые обмотки роторов асинхронных электродви-
гателей. М., «Энергия», 1970.
52. Л ю л и н с к и й 3. И. Условия эксплуатации и стойкость водоохлаждаемых
кокилей для центробежной отливки труб. Труды конференции молодых инженеров
трубной промышленности. М., «Металлургия», 1968.
53. Л я м и н П. Е. Устранение ликвации при центробежном методе литья. «Ли-
тейное производство», 1938, № 12.
272 ЛИТЕРАТУРА
54. Медведев А. И., Цветков С. И., Басионок В. Д. Отливки бронзо-
вых колес центробежных насосов. «Литейное производство», 1969, № 5,
55. Мирзоян Г. С. Образование пористой зоны и расчет ее величины в центро-
бежнолитой заготовке. Труды ЦНИИТМАШ, 1963, № 36.
56. М и р з о я н Г. С., 3 а в ь я л о в В. Ф. Влияние скорости вращения формы на
структуру и плотность металла при центробежной отливке стальных заготовок. Труды
ЦНИИТМАШ, 1963. № 36.
57. М и р з о я н Г. С., Т и н я к о в В. Г. Центробежная отливка фланцев из стали
OXI8HIOT. «Литейное производство», 1967, № 3.
58. Новиков П. Г. и др. Основы центробежного литья. М-, Машгмз, 1947.
59. Носович И. И. Опыт отливки стальной арматуры. Судостроение, 1950, № 4.
60. Павленко Н. С. и др. Отливка деталей из высокопрочного чугуна центро-
бежным способом (обзор). М., НИИИНформаш, 1969.
61. Палей Б. Я. и др. Электрооборудование и автоматика современной центро-
бежной машины для отливки чугунных напорных труб. Сб. «Производство труб»,
ВНИТИ, вып. 24, М., «Металлургия», 1970.
62. Петров Д. А., Б у з а н о в а А. А. Метод получения образцов переменного
состава. Журнал физической химии, т. 28, вып. I, 1954.
63. Поздышев И. М. Качество стальных труб, отлитых центробежным спосо-
бом. «Сталь», 1949, № 2.
64. Полищук В. Г. Теплообмен на внутренней поверхности при центробежном
литье труб. «Литейное производство», 1967, № 6.
65. Полищук В. Г. и др. Стойкость изложниц при центробежном литье чу-
гунных труб. «Литейное производство», 1967, № 7.
66. Р а б и н о в и ч Б. В. Введение в литейную гидравлику. М.» «Машинострое-
ние», 1966.
67. Реутов II. Н. Гидродинамическое состояние металла и его влияние на мак-
роструктуру центробежных отливок. «Литейное производство», 1959, № 6.
68. Розенфельд С. Е., Ю д и н С. Б., Л е в и н М. М. О методах динамичес-
кого воздействия на кристаллизацию отливок. «Литейное производство», 1957, № IL
69. Р о з е н ф е л ь д С. Е., И в а н о в Е. А. Отливка втулок из свинцовистой брон-
зы ОЦС 4-17. Сб. «Центробежное литье». М., Машгиз, 1948.
70. Рулла Н. В., Самойлов Г. Д„ С ту дн нс кий М. М. Центробежная
отливка толстостенных заготовок для изготовления труб методом прессования. Сб.
«Производство труб». ВНИТИ, вып. 4, Харьков, Металлургиздат, 1961.
71. Р у л л а Н. В„ Б е г м а Д. Г., С а м о й л о в Г. Д. О влиянии условий центро-
бежного литья на фазовый состав трубных сталей. Сб. «Производство труб». ВНИТИ,
вып. 10, М.» Металлургиздат, 1963.
72. Рулла Н. В. и др. Центробежное литье труб из стали 0Х23Н28МЗДЗТ.
«Литейное производство», 1966, № 10.
73. Р у л л а Н. В. Измерение продолжительности затвердевания металла во вра-
щающемся кокиле при центробежном литье стальных полых трубных заготовок. Сб.
«Производство труб». ВНИТИ, вып. 12, М.» «Металлургия», 1964.
74. С а р а т о в к и н Д. Д. Дендритная кристаллизация. М., Металлургиздат, 1953.
75. С в а р н к а А. А. Вопросы теории центробежного литья. «Литейное производ-
ство», 1963, № 5.
76. Сварика А А. Центробежное литье мелких бронзовых втулок. М.. Маш-
гиз. 1961.
77. Семенов П. В. Ликвация в малолегированной и углеродистой сталях при
центробежном литье. Труды ЦНИИТМАШ, 1963, № 36.
78. Сидаш Е. С., Козорев Н. А. Крановые тензовесы для жидкого металла.
Сб. «Производство труб». ВНИТИ, вып. 20, М., «Металлургия», 1968.
79. Соловьев Ю. Г. Центробежное литье — прогрессивный метод производства
стальных труб и трубных заготовок. С б. «Производство труб». ВНИТИ, Днепропет-
ровск, 1968
80. Соловьев Ю. Г. и др. Контроль температурных параметров при центро-
бежном литье биметаллических труб. Сб, «Производство труб». ВНИТИ, вып. 23, М.,
«Металлургия», 1970.
8L С о л о в ь е в Ю. Г., Ко те н ко Л. И., Л и н к о в И. И. Центробежная отлив-
ка трубных заготовок из нержавеющих сталей. «Литейное производство», 1968, № 2.
82. Соловьев Ю. Г., Ч и ж В. А., Линков И. И. Влияние режима враще-
ния кокиля центробежных машин на макростроение литых труб и трубных заготовок.
Сб. «Производство труб», ВНИТИ, вып. 20, М„ «Металлургия», 1968.
83. Сорокин Е. Г., Бехалов В. Н., Андреев В. В. Пути улучшения ка-
чества чугунных канализационных труб в условиях действующего производства. Сб.
трудов НИИСантехники, вып. 24, М„ Стройиздат, 1967.
ЛИТЕРАТУРА 273
84. Спасский А. Г. Кристаллизация в движущемся металле. М., Металлург-
издат, 1954.
8о. Стрижов Г. С. и др. Центробежная отливка прокатных валков. «Литей-
ное производство», 1969, № 4.
86. С т у д и н с к и й М М- и др. Двухслойная футеровка для улучшения качест-
ва наружной поверхности центробежнолитых трубных заготовок. Сб. «Производство
труб», ВНИТИ, вып. 9. М., Металлургиздат, 1963.
87. С у х о до л ь с к и й А. Н., Ф и о н о в С. И. Групповая оснастка для центро-
бежного литья в условиях индивидуального производства. ЛДНТП, 1968.
88. Тежкий Б., Прецлик 3., Панек М. Литейный завод для центробежного
литья водопроводных труб. «Чехословацкая тяжелая промышленность»,
1967, № 7.
89. Тимофеев А. А. и др. Состав шихты и брак литых труб. «Литейное про-
изводство», 1970, № 9.
90. Тучкевич Н. М., Колобашкин Б. М. Изготовление отливок нз плено-
чувствительного сплава центробежным методом в вакууме и в защитной газовой среде.
«Литейное производство», 1962, № 2.
91. Флинт Т. Р. Весовые устройства для разливочных кранов системы ASEA.
«Экспресс-информация. Черная металлургия». М.» ВИНИТИ, 1968, № 3.
92. Ф о м и н Б. И., Р у д н к ко в а Р. А. Центробежная отливка крупных бронзо-
вых деталей. «Литейное производство», 1956, № 6.
93. X а х а л и н Б. Д. Центробежная отливка труб. Сб. «Передовая технология
литейного производства». М., Машгиз, 1958.
94. X а х а л и н Б. Д., С м о л я к о в А. П., И с к р а Б. А. К вопросу о разностен-
иости центробежных труб. «Литейное производство», 1959, № 6.
95. X а х а л и и Б. Д. Технический прогресс в производстве чугунных труб. Сб.
«Производство труб». Днепропетровск, ВНИТИ, 1968.
96. X а х а л и н Б. Д.» Смоляков А. П., Дружинин В. Ф. Методика и ре-
зультаты опытов по изучению продольного течения чугуна во вращающейся форме с
заливкой без длинного желоба. Сб. «Производство труб». ВНИТИ, вып. 7, Харьков,
Металлургиздат, 1962.
97. X а х а л и н Б. Д. и др. Освоение технологии центробежного литья чугунных
напорных труб большой длины. Сб. «Производство труб». ВНИТИ. вып. 23. М.. «Ме-
таллургия», 1970.
98. Цветненко К- У. К вопросу о влиянии скорости вращения формы на ско-
рость продольного перемещения металла. «Литейное производство», 1958, № 7.
99. Цветненко К. У. Наклон изложницы центробежнолитейной машины и ско-
рость продольного течения металла при отливке трубных заготовок. С6. «Производство
труб». ВНИТИ, вып. 16, М., «Металлургия», 1965.
100. Цветненко К. У., Брежнева В. С. Определение коэффициента тепло-
проводности песков и формовочных смесей. Сб. «Производство труб». ВНИТИ, вып. 17,
М., «Металлургия», 1967.
101. Цветненко К- У. Гидродинамическое состояние металла при центробеж-
ном литье. «Литейное производство», 1962, № 7.
102. Цветненко К. У., Рулла Н. В. Влияние дождевания металла при цент-
робежной отливке на качество литья «Сталь», 1969, №11.
ЮЗ. Цветненко К-У- Теоретические основы расчета скорости вращения формы
при центробежной отливке труб и трубных заготовок. Сб. «Производство труб»
ВНИТИ, вып. 4, Харьков, Металлургиздат, 1961.
104. Цветненко К. У- Расчет средней скорости вращения потока и установле-
ние оптимального режима вращения изложницы при центробежной отливке полых
трубных заготовок. Сб «Производство труб». ВНИТИ. вып. II, Харьков, Металлург-
издат, 1963.
105. Цветненко К- У. Затвердевание центробежнолитых стальных трубных за-
готовок. Сб. «Производство труб». ВНИТИ, вып. 13, М., Металлургиздат, 1964.
106. Чепинога М.М. К гидродинамической теории центробежного литья. «Из-
вестия АН СССР. Отделение технических наук», 1956, № 3.
Ю7. Черезов А. С. Центробежная машина для отливки однофланцевых патруб-
ков. «Литейное производство», 1967, № 9.
108. Черезов А. С. Центробежная машина мод МТ 515 для отливки чугунных
напорных труб. «Литейное производство», 1970, №11.
109. Чернявский И. Я. Жидкотекучесть шлаковых расплавов. «Литейное про-
изводство», 1963, № 9.
ПО. Чукмасов А. С. Трубы из центробежнолитых заготовок. Сб. «Производст-
во труб». Днепропетровск, ВНИТИ, 1968.
274 ЛИТЕРАТУРА
111. Шаблинский В. К., Лупырев И. И., Сенкевич С. С. Двухкамерная
установка для вакуумной плавки и центробежной заливки форм фасонных отливок.
«Литейное производство», 1968, № 2.
112. Ш а н д р е н к о Г. И., Г р и д и н А. Д., Д р о б я з и и В. Н. Центробежная от-
ливка крупных заготовок из цветных сплавов. «Литейное производство», 1963, № 10.
113. Шип ил ин Б. И. Центробежная отливка магниевого чугуна. Сб. «Получение
и свойства чугуна с шаровидным графитом». М.— Л.» Машгиз, 1962.
114. Юдин С. Б. Накатка форм для центробежного литья. Сб. «Теория и практи-
ка центробежного литья». М., Машгиз, 1949.
115. Юдин С. Б., Розенфельд С. Е. О некоторых особенностях кристаллиза-
ции центробежных отливок. «Литейное производство», 1959, № 6.
116. В й h 1 е г Н. Beitrag Zur Frage der Haltbarkeit von Schleuderguss kokillen.
«Stahl und Eisen», 1959, v. 79, N 23.
117. Centrifugal Casting of Rolls. «Iron Age, metalworking International», v. 194,
1965, II.
118. С и m b e r 1 a n d J. Centrifugal Casting techniques. «The British Foundryman»,
v. 41, 1963, N 1.
119. J о n e s M. C. Investigation of Centrifugal Casting Techniques. «Foundry Trade
Journal», v. 128, 1970, N 2793.
120. К о n i g e г A., Liebmann W. Untersuchungen uber die Haltbarkeit von
Schleuderguss kokillen aus Stahl. «Stahl und Eisen», 1959, N 23.
121. Proteus Turbine Casting Produced by Centrifugal Casting. «Machinery» (Lon-
don) v. 85, 1954, N 2184.
122. Taken aka T. Centrifugally—cast Steel Pipes for Civil—engineering and
Constructional Purposes. «Foundry Trade», v. 119, 1965, N 2560.
123. Tanaka K. Large Ductive Iron Casting Production. «Modern casting» v. 41,
1962, May.
124. T a n п E. Centrifugal rotor casting techniques improved. «Die casting Engi-
neer», v. 8, 1964. N 5.
125. Thornton A. E. The manufacture of high alloy Steel components by the cen-
trispinning process for Aircraft and similar high duty applications. «The British Fondry-
man», v. 56, 1963, February.
126. Watmough T., Berry J. T. Centrifugal Casting. «Foundry», v. 89, 1961,
N 11.
127. Yoshimura H. Centrifugal Casting of large Diameter Iron Pipe. «Modern
Castings», v. 53, 1968, N 5,
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Азот 203, 204, 209, 259
Алитирование 236
Антифрикционные сплавы 230
Аргон 259
Асбест 165, 234, 235
Асбестовая ткань 159
Асфальтирующий агрегат 180
Б
Баббит 230, 236, 237
Байков А. И. 50
Балансировка изложниц 92, 134
динамическая 92
статическая 92
Баланс плавки 226
Берг П. П. 80
Бочвар А. А. 47
Брак отливок 109, 125, 141, 169. 173. 174.
184, 191, 226, 227
Бриде О. 8
В
Вакуумная установка 256, 257
Валки биметаллические 240. 241
Вдовин Ф. В. 203
Венцы шарошек 252, 253, 254
Вкладыши сменные 227, 228, 238
Включения неметаллические 22, 125, 192.
193, 204, 208, 226, 252
Влажность смеси 137, 184
Вмятины 109, 169
Волковицкий Г. И. 204
Водород 203, 209
Воронка заливочная 200, 237, 268
Втулки биметаллические 229—240
из цветных сплавов 222—228
Вязкость динамическая 22
кинематическая 28
ударная 100, 209, 259
Г
Гаген —Торн В. О. 38
Газопроницаемость 100, 117, 262
Газы 112, 168. 186. 203. 209. 226
Геометрия свободной поверхности 13—16
Герметичность труб 146, 148, 168
Гильзы 10, 12, 52, 109, 112, 116, 130, 140
Гимпельсон А. И. 165
Гохштейн И Б. 38
Графитовые вставки 228
Д
Дефекты от действия газов 168
поверхности труб 168
подшипниковых колец 193
трубных заготовок 204
шлакового слоя 246
Димитри Сенсо де Лаво 8, 9, 148
Дикин В. 50, 51
Диски самоцентрирующие 232
фрикционные 250
Диффузия 229
Дождевание 25, 26, 27, 55, 62, 72, 75, 207
Добавки легирующие 258
противопригарные 184, 186
Дозирование 82, 84, 85. 108, 121, 168, 199,
226, 241, 244
методом перелива 84, 107, 224
по массе 82, 83, 252
по объему 82, 107
по уровню свободной поверхности 85
Древесный уголь 231, 259
Е
Едкий натр 137, 195, 236
Ж
Желоб 8, 9, 96, 106, 138, 149, 154, 156, 158,
164, 165, 248
Жидкое стекло 107, 137, 173, 195, 214, 236,
240, 248
Жидкости моделирующие 64
Жидкотекучесть 152, 166, 168, 225, 226, 243,
244. 248
3
Завьялов В. Ф. 38, 47
Заготовки двухслойные 10, 12, 229, 230, 231,
232, 235, 236—247
Зажим центробежный 91, 129, 258
Закон Архимеда 21
Заливочные устройства 96, 97, 135, 156, 159.
171, 175, 213
Заливы 88, 106, 225
Замки центробежные 91
Запрессовка стружки 234
Засоры 125, 168
Зоны затвердевания 43
И
Изложницы 88—92 148, 149, 154, 158. 165,
212, 224, 226, 265
276.
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Износостойкость валков 241
Износостойкость втулок 233
металлошлаковых труб 247
поршневых колец III. 112, 114, 143
цилиндровых гильз И2, 141. 143
Испытание труб 152
на герметичность 146. 147. 148, 133
на кольцевую прочность 152
К
Карбиды 193
Кантователь 161
Карман Т. 33
Кварц пылевидный 107, III, 195
Кинетика затвердевания отливок 39. 42, 217,
246
Кислород 203, 204, 209
Клапаны паровых насосов 252, 263
Кокили чугунные 264, 265, 266, 267, 268, 269
Кольцевая прочность 152, 153
Конвекция 45, 244
Константинов Л. С И, 14, 75
Коробление 90, 92
Коэффициент гравитационный 5, 22, 75, 76,
77, 139, 165. 179, 184, 198, 224, 232, 244, 269
динамической вязкости 22, 28
затвердевания 28
излучения 35
линейного расширения 89
сопротивления 23
Колоба шкин Б. М. 259
Краковяк М. В. 217
Краска графитовая 107, 224, 236
графито-бентонитовая 138
Криолит 112
Кристаллизация 229
Критическая скорость вращения формы
27—29
Крымский Д. М. 81, 84, III, 112
Кудинова 3. А, II, 14
Кумберлепд Дж. 54, 55. 207
Л
Левин М. М. 70, 81
Ликвация 49-53, 57, 52, 63, 74, 87, 153, 196,
207, 208, 215, 218, 237
карбидная 193
обратная 49, 50, 51
полосчатая 53, 56, 71
Лоугроу Т. 7
Лошкарев Б. И. 56
Люкерат 49, 52, 208
Люлинский 3. И. 167
Л ям ан П. Е. 239
М
Макродефекты 67
Массовер Н. С. 127
Машины многошпиндельные 222
пуансоно-шнековые 180, I8t, 182
Методы закрытых торцев 44, 54
испытания труб 152, 153
накатки 10, 74, П6
Меченые атомы 41
Мнкродавление 47
Микропористость 189, 191, 192, 193
Мирзоян Т. С. 38. 47
Модели выплавляемые 256, 257, 258
Моделирующие жидкости 64
Модуль жидкого стекла 256
кольцевой прочности 152
Мука цирконовая 196, 240
Н
Напряжения в изложницах 37, 90, 98, 99,
158, 165
в отливках 48, 49, 90, 246
в трубах 152, 154, 246
Настыль 90, 101, 224, 244
Неоднородность химическая 49, 153, 218, 226
Неровности внутренней поверхности 246
Норскотт Л. 50, 51, 54, 55, 56
О
Ограждение защитное 135
Оксиды 193, 208
Опоры для изложниц 92, 93, 153, 171
Осадка 188
Остекление труб 247, 248
Отбел 103, 108, 125, 148, 149, 152, 173, 241,
269
Отверстие калибровочное 244
Отливки биметаллические 7, 10, 12, 220
двухслойные из металла и неметалли-
ческого материала 7, 229—248
толстостенные 206—220
Охлаждающие устройства 97
П
Погрешность чозироваиия 85
Подутис отливок 47. 140
Поздышев И. М. 205, 239
Покрытие форм (изложниц) 79, 68, 130, 131»
143. 167. 173, 179, 195, 210
Полищук В. Г. 36
Пористость 44, 45, 47, 67, 125, 218, 223
Поток конвекционный 6. 38, 39
ламинарный 22, 23, 32
турбулентный 22, 23, 28, 32, 33. 37, 61
Привод центробежных машин 93—96
Пригар 47, 140, 153, 186. I99? 215, 252. 256
механический 47, 74
химический 81
Припуски на обработку отливок 87, 106, III,
144, 191. 196. 223
Приспособленце для установки раструбных
стержней 160
Промодель 264
Прошивка 188, 190. 191, 192. 197
Р
Рабинович Б. В. 23
Разностенность труб 166, 167, 169
Раковины газовые 125. 140. 173. 184. 186 232,
246, 268
ситовидные 168
усадочные 43. 44, 47, 73, 139. 140, 224
Раскатка 188, 189. 192, 206
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ--------------------------------------------------------- 277
Роторы электродвигателей 262, 263
Раструбные стержни 161—165, 171, 172. 174
Ролик фасонный 116, 117
Рулла Н. В. 26, 40, 41, 55
Рыжиков А. А. 49
С
Сварика А. А. 222
Свободная поверхность металла 5, 13, 15, 16,
18, 19, 22, 26, 30, 32, 34, 35, 46, 85, 225
Свойства бронзовых отливок 225
изложниц 100
покрытий 173
Семенов П. В. 80, 81
Сепараторы роликоподшипников 261, 262
Сетка разгара 98
Сила давления 19, 20, 21, 48
подъемная 21, 22, 23
сопротивления 22
трения 24
центробежная 5, 21, 23, 43, 44—46, 62,
81, 98, 252
центростремительная 5
электромагнитная 96
Скорость заливки 86, 87, 138, 165, 166, 186,
198, 225
Смачивание 229, 238
Смола древесная 195, 252
Стойкость изложниц 99, 100, 104, 149, 167
кокилей 269
Т
Такенака Т. 52, 53, 93, 179, 205
Тахометр импульсный 217
Тензовесы крановые 83, 84
Торможение периодическое 62—65. 68, 69.
70, 71, 210, 212, 217
Трещины 48, 49, 74, 79, 90, 152, 169, 204, 207,
215, 229, 246
Трубы канализационные 9, 77, 145—147, 169,
174
металлошлаковые И, 12, 229. 242,
244—247
напорные 9, 12, 77, 145, 146, 152, 153,
154
содовые 145, 147, 148, 180
Турбинное колесо 259
У
Ужимины 140
Уклон литейный 267
Ультразвуковой дефектоскоп 167
Уравнение Бернулли 30, 33, 34
гидростатики 14, 15, 17
свободной поверхности 14, 15
Усадка 43—48, 56, 73, 169, 180, 240, 265, 267,
268
Усадочные дефекты 218
зазоры 45, 47, 72
пористость 44, 45, 47, 67, 124, 140, 262
раковины 43, 44, 47, 73. 139, 140, 224,
246
явления 43, 44, 237
Устройство для накатки 134, 135
для поддержки труб 161, 162
заливочное 135, 156, 159
Ф
Ферросилиций 138, 177
Фиксация изложниц 90, 134, 158, 207
Фланцы 195, 196, 197, 233
Флюс 229, 238
Форма графитовая 7, 249
керамическая 7, 249, 256, 258
комбинированная 7, 255, 256
металлическая 7, 52, 69, 77, 103, 129,
148, 261, 263—269
Форма накатанная 116—127, 132, 133. 135
Формула Константинова Л. С. 75
Кэммена 75
Стокса 22, 23
Формовка пуансоно-шнековая 184
Фрикционная передача 184
Фронт кристаллизации 19, 40, 55, 56, 61, 63
X
Химическая неоднородность 49, 153, 218. 226
Химический пригар 81
Хромистый железняк 212
Хрупкость 152
ц
Цветненко К. У. 11, 26, 28, 38, 40, 55, 76, 79
Центрирующие приливы 45
Центробежные машины для литья стальных
заготовок 207
труб 155, 177, 178, 180, 183, 184
шпиндельного типа 210, 211, 221
роликового типа 213, 228, 240
Цилиндры 9, 10, 54, 58, 103
Циркон 107
Циркуляция 24. 36, 37
Ч
Чепинога М. М. 11, 27
Чернов Д. К. 57, 62
Чернявский И. Я- 242, 245
Чугун бороникелевый 232
для валков 240
Ш
Шамотиый кирпич 164, 214, 255
порошок 224, 255
Шихта 230, 231, 232, 234
Шлаковый слой 243, 244, 245
Шнек 180, 181, 184
Шпарага И. И. 127
Штамп 264, 265—269
Э
Эвтектичность чугуна 179
Экзотермическая, смесь 194, 252
Экстрактор 172
Электродуговой способ нагрева 233, 234
Электромагнитная муфта 94, 95
Я
Явления гидродинамические 5, 65
ликвационны'е 53
усадочные 43, 44, 237
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава I. Общие сведения о центробежном литье 5
Сущность способа н его основы......................................... 5
Краткая история и современное состояние центробежного лнтья . 7
Дальнейшие задачи развития центробежного литья II
Глава II. Вопросы гидравлики центробежного литья 13
Геометрия свободной поверхности . 13
Давление .17
Сила давления ... .19
Всплывание включений................................................. 21
Относительные движения вращающейся жидкости 23
Глава III. Особенности затвердевания центробежных отливок 35
Особенности охлаждения отливок 35
Кинетика затвердевания отливок . .39
Усадочные явления................................................... 43
Особенности, связанные с гидравлическим давлением при центробежном литье 46
Химическая неоднородность (ликвация) в центробежных отливках ... 49
Влияние относительного движения жидкого металла на кристаллизацию отливок 57
Глава /И Элементы технологии центробежного литья . . 72
Положение оси вращения . . . 72
Скорость вращения............ .74
Теплоизолирующее покрытие изложниц . . 79
Дозирование металла. . 82
Скорость заливки . . 86
Припуски на обработку............................................... .87
Глава V. Элементы конструкций центробежных машин ... 88
Изложницы............................ . . 88
Опоры для изложниц . . 92
Привод .... .93
Заливочные устройства .... .96
Охлаждающие устройства .... . . . .97
Напряжения в изложницах и их стойкость.............................. .98
Техника безопасности при работе на центробежных машинах . .100
Глава VI. Центробежное литье цилиндрических чугунных втулок . ЮЗ
Общие сведения . . .......................... ... ЮЗ
Особенности технологии................................................ЮЗ
Особенности технологии литья цилиндров и маслот из высокопрочного чугуна 112
Глава VII. Центробежное литье чугунных фасонных втулок . . .116
Центробежное литье тракторных гильз в накатанные формы...............116
Центробежное литье в накатанные формы фасонных втулок в мелкосерийном
производстве.........................................................125
Центробежное литье тракторных гильз в разъемные металлические формы . 128
Центробежное литье дизельных цилиндровых гильз большого размера . 130
Глава VIII. Центробежное литье чугунных труб ................145
Трубы напорные, канализационные, двухфланцевые, содовые .145
Принципы технологии центробежного литья труб.........................148
ОГЛАВЛЕНИЕ 792
Свойства центробежных труб.............................................151
Изготовление напорных труб в металлических, интенсивно охлаждаемых из-
ложницах .......................................................... . 154
Центробежное литье канализационных труб в изложницах с покрытием . . 169
Центробежное литье однофлаицевых патрубков в изложницах с покрытием . 175
Центробежное литье труб большого диаметра из высокопрочного чугуна
в изложницы с покрытием............................................177
Центробежное литье труб в разовые формы ... . . . 180
Глава IX. Центробежное литье стальных заготовок . ... ... 188
Заготовки для колец подшипников качения........................... ... 188
Фланцы трубопроводов ... ... 195
Трубные заготовки и трубы......................................... ... 197
Толстостенные заготовки для тяжелого машиностроения . . . 206
Глава X. Центробежное литье заготовок из цветных сплавов . . . .221
Глава XL Центробежное литье двухслойных заготовок .... 229
Биметаллические втулки.................................................230
Биметаллические валки мелкосортных станов горячей прокатки .... 240
Двухслойные металлошлаковые трубы......................................242
Остекление стальных труб.............................................. 247
Глава XII. Центробежное литье фасонных изделий . 249
Литье фасонных изделий в песчано-глинистые формы.......................251
Литье фасонных изделий в керамические формы, изготовленные по выплав-
ляемым моделям......................................................256
Литье в металлические формы............................................261
Литература........................................................... . . 270
Алфавитный указатель................................................. . . 275
Соломон Борисович Юдин,
Моисей Маркович Левин,
Семен Ефимович Розенфельд
ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ
Редактор издательства И. Н. Жесткова
Технический редактор В. Д. Элькинд
Корректор Л. В. Асташенок
Переплет художника Е. В. Бекетова
Сдано в набор 5/Х 1971 г.
Подписано к печати 14/111 1972 г. Т-04443
Усл. печ. л. 22,75 Уч.-изд. л. 21,3
Бумага № 1 типографская
Тираж 5000 Заказ 805 Цена 2 р. 51 к.
Издательство «Машиностроение»
Москва, Б-66, 1-й Басманный пер., 3
Экспериментальная типография
ВНИИ полиграфии Комитета по печати
при Совете Министров СССР
Москва, К-51, Цветной бульвар, 30