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关于离心铸造,这些知识应该了解

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专注过滤,助力铸造


 


离心铸造是将液体金属注入高速旋转的铸型内,使金属液做离心运动充满铸型和形成铸件的技术和方法。由于离心运动使液体金属在径向能很好地充满铸型并形成铸件的自由表面;不用型芯能获得圆柱形的内孔;有助于液体金属中气体和夹杂物的排除;影响金属的结晶过程,从而改善铸件的机械性能和物理性能。



01

离心铸造原理及特点


离心铸造最早用于生产铸管,随后这种工艺得到快速发展。目前,国内外在冶金、矿山、交通、排灌机械、航空、国防、汽车等行业中均采用离心铸造工艺,来生产钢、铁及非铁碳合金铸件。其中尤以离心铸铁管、内燃机缸套和轴套等铸件的生产最为普遍。对一些成形刀具和齿轮类铸件,也可以对熔模型壳采用离心力浇注,既能提高铸件的精度,又能提高铸件的机械性能。


1.基本原理

离心铸造是将液体金属注入高速旋转的铸型内,使金属液在离心力的作用下充满铸型和形成铸件的技术和方法。

离心力的作用有:

使液体金属在径向能很好地充满铸型并形成铸件的自由表面;

不用型芯能获得圆柱形的内孔;

有助于液体金属中气体和夹杂物的排除;

影响金属的结晶过程,从而改善铸件的机械性能和物理性能。


2.分类



根据铸型旋转轴线的空间位置,常见的离心铸造可分为卧式离心铸造和立式离心铸造。

铸型的旋转轴线处于水平状态或与水平线夹角很小(<4°)时的离心铸造称为卧式离心铸造,图2-18所示即为三种卧式离心铸造示例。铸型的旋转轴线处于垂直状态时的离心铸造称为立式离心铸造,图2-19所示即为两种立式离心铸造示例。铸型旋转轴线与水平线和垂直线都有较大夹角的离心铸造称为倾斜轴离心铸造,但应用很少。


3.特点

优点:

1)铸件致密度高,气孔、夹渣等缺陷少,力学性能高;

2)生产中空铸件时可不用型芯,故在生产长管形铸件时可大幅度地改善金属充型能力,降低铸件壁厚对长度或直径的比值,简化套筒和管类铸件的生产过程;

3)几乎不存在浇注系统和冒口系统的金属消耗,提高工艺出品率;

4)便于制造筒、套类复合金属铸件,如钢背铜套、双金属轧辊等;成形铸件时,可借离心力提高金属的充型能力,故可生产薄壁铸件。

缺点:

1)铸件易产生比重偏析,因此不适合于合金易产生比重偏析的铸件(如铅青铜),尤其不适合于铸造杂质比重大于金属液的合金,但近年来,也有利用离心铸造的这个特点来生产梯度复合材料的情况;

2)铸件内孔直径不准确,内孔表面比较粗糙,质量较差,加工余量大;

3)用于生产异形铸件时有一定的局限性。


4.应用

用离心铸造法生产产量很大的铸件有:

① 铁管:世界上每年球墨铸铁件总产量的近1/2是用离心铸造法生产的铁管

② 柴油发动机和汽油发动机的汽缸套

③ 各种类型的钢套和钢管

④ 双金属钢背铜套,各种合金的轴瓦

⑤ 造纸机滚筒。

用离心铸造法生产效益显著的铸件有:

① 双金属铸铁轧辊;

② 加热炉底耐热钢辊道;

③ 特殊钢无缝钢管;

④ 刹车鼓、活塞环毛坯、铜合金蜗轮;

⑤ 异形铸件如叶轮、金属假牙、金银介子、小型阀门和铸铝电机转子。


02

离心铸造工艺


离心铸造生产中,铸型转速、浇注系统、浇注定量、渣下凝固、金属过滤、涂料使用、浇注温度、铸件脱型等是必需确定或解决的工艺问题,因为它们直接影响着铸件的质量和生产效率。


1.铸型转速
是离心铸造时的重要工艺因素,不同的铸件,不同的铸造工艺,铸件成形时的铸型转速也不同。
过低的铸型转速会使立式离心铸造时金属液充型不良,卧式离心铸造时出现金属液雨淋现象,也会使铸件内出现疏松、夹渣、铸件内表面凹凸不平等缺陷;
铸型转速太高,铸件上易出现裂纹、偏析等缺陷,砂型离心铸件外表面会形成胀箱等缺陷,还会使机器出现大的振动、磨损加剧、功率消耗过大。
所以,铸型转速的选择原则应是在保证铸件质量的前提下,选取最小的数值
2.浇注系统
离心铸造时的浇注系统主要指接受金属的浇杯和与它相连的浇注槽,有时还包括铸型内的浇道。设计浇注系统时,应注意以下原则:
1)浇注长度长、直径大的铸件时,浇注系统应使金属液能较快地均匀铺在铸型的内表面上;
2)浇注易氧化金属液或采用离心砂型时,浇注槽应使金属液能平衡地充填铸型,尽可能减少金属液的飞溅,减少对砂型的冲刷;
3) 浇注成形铸件时,铸型内的浇道应能使金属液顺利流入型腔;
4)浇注终了后,浇杯和浇注槽内应不留金属和熔渣。如有残留金属和熔渣,也应易于清除。
3.浇注定量
离心铸件内径常由浇注金属液的数量决定,故在离心浇注时,必须控制浇入型内的金属液数量,以保证内径大小。
近年来,浇注大型铸件时,采用数字显示遥控吊车秤进行定量浇注。在浇注包架子上安装压力传感器进行离心浇注自动定量和保温感应炉电磁泵定量浇注也已在生产中应用。
4.熔渣的利用
为克服厚壁离心铸件双向凝固所引起的皮下缩孔缺陷,可在浇注时把造渣剂与金属液一起浇入型内,熔渣覆盖在铸件内表面上,阻止内表面的散热,创建由外向里的顺序凝固条件,消除皮下缩孔。同时,造渣剂还可起精炼金属液的作用。
浇注造渣剂的方法是:浇注时在浇注槽中撒粉状造渣剂;把熔融的渣滓与金属液一起浇入型内。
5.金属液的过滤
有些合金液中有较多难于除去的渣滓,可在浇注系统中放各种过滤网清除渣子,如泡沫陶瓷过滤网、玻璃纤维过滤网等。
6.涂料的使用
离心金属型用涂料的组成与重力金属型铸造相似。浇注细长离心铸件时,由于清除铸型工作面上的残留涂料较为困难,故涂料组成中粘结剂在高温工作后的残留强度应尽量低,以便于清除。
7.浇注温度
离心铸件大多为管状、套状、环状件,金属液充型时遇到的阻力较小,又有离心压力或离心力加强金属液的充型能力,故离心铸造时的浇注温度可较重力浇注时低5~10℃。
8.铸件脱型
为了提高生产效率,在保证质量的前提下,应尽早进行铸件的脱型。有时为了防止铸件的开裂,脱型后的铸件应立即放入保温炉或埋入砂堆中降温。对一些不易脱型又需缓冷防裂的铸件,则可在铸型停止转动后立刻把有铸件的铸型从离心铸造机上取下,埋入砂堆中缓慢冷却,至室温时在行脱型。




03

离心铸造机


根据生产对象的不同,离心铸造机分为通用和专用两类。专用离心铸造机是根据特殊的铸件结构或生产批量的大小有针对性地设计的离心铸造机,有时机器的结构比通用性离心铸造机简单。通用离心铸造机有卧式悬臂离心铸造机、卧式滚筒离心铸造机和立式离心铸造机。


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