Главная Кузнечно-штамповочное производство (КШП) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 [ 179 ] 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 Рис. 8.5. Траектория вспльшания (затапливания) частиц в расплаве: pi, р2 рз - поверхности разных давлений Форма свободной поверхности определяет траектории всплывания (затапливания) газовых (твердых) включений. Траектория во всех своих точках расположена нормально к поверхности равных давлений, проходящих через эти точки (рис. 8.5). Отличие траекторий всплывания от прямой линии важно учитывать при выборе расположения отливки относительно оси вращения. При использовании приведенных формул (8.1) - (8.10) необходимо иметь в виду, что они относятся к периоду, когда расплав полностью раскручен , т.е. относительно формы находится в покое. В действительности имеет место период Тр, в течение которого угловая скорость изменяется от О до угловой скорости формы СОф. Угловая скорость д?ормы Рис. 8.6. Проскальзывание металла в момент т: i - в канале с захватами; 2 - в канале квадратного сечения; 5 - в канале круглого сечения Наибольшее значение период Тр имеет при заполнении цилиндрических полостей, вращающихся вокруг вертикальной или горизонтальной оси. С увеличением угловой ско- рости проскальзывание возрастает (рис. 8.6). При заполнении полостей квадратного сечения проскальзывание уменьшается, а при заливке полостей, имеющих захваты, Тр практически равно О, а угловая скорость расплава не отличается от угловой скорости вращения формы. Особенно сказывается отрицательное влияние проскальзывания на качестве отливок из тугоплавких металлов, скорость затвердевания которых велика. В отливках возникают дефекты заполнения в виде неслитин и неспаев, ухудшается качество поверхностных слоев отливки. Двигаясь относительно формы в продольном направлении (горизонтальная ось вращения) и проскальзывая в тангенциальном, металл перемещается по винтовой линии, которая по мере продвижения потока как бы распрямляется, приближаясь к осевому направлению. Скорость потока в осевом направлении зависит от радиуса вращения, угловой скорости и массовой скорости заливки. При вращении формы вокруг вертикальной оси расплав движется по радиальным каналам (литниковым ходам), участвуя в абсолютном переносном вращательном движении и относительном поступательном вдоль радиуса вращения. На основании уравнения Бер-нулли линейная скорость потока в литниковом ходе W = ф/со +2Я, (8.11) где г - текущий радиус, м; Н - высота столба металла в центральном стояке, м; ф - коэффициент скорости; ф = -; ц - коэффициент расхода; е - коэффициент сжатия струи. 8.3. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ и КАЧЕСТВО отливок Гидродинамические условия центробежного литья неоднозначно влияют на формирование отливки. Наряду с улучшением заполняемости форм металлом, повьпиением плотности отливок, изменением структуры сплава возникают и негативные эффекты, связанные с тем, что при центробежном литье все параметры процесса: величина центробежной силы, ускорение, скорость, давление, утяжеление. Архимедова сила и т.п. выступают в функции радиуса вращения и, следовательно, существенно отличаются в разных зонах одной и той же отливки. В этих условиях трудно обеспечить плавность заполнения и компактность металлического потока, однородность отливок по химическому составу, плотности и структуре, высокое качество поверхности отливок и т.п. На начальном этапе формирования отливки, когда еще не образовался твердый каркас, центробежная заливка усиливает прямую ликвацию. Более легкие составляющие обогащают зону отливки, близкую к оси вращения. В более поздний период усиливается проявление обратной ликвации. Питание затвердевающих периферийных слоев отливки осуществляется маточным раствором, обогащенным легкими составляющими. В стальных и чугунных отливках углерод и сера ликвируют к свободной поверхности, а фосфор - к периферии. Локализация вредных примесей на внутренней или наружной поверхности отливок, подвергающихся механической обработке, оказывается весьма полезной, поскольку приводит к снижению их концентрации в готовых деталях. В тех случаях, когда ликвахщя нежелательна, применяют технологические приемы ее устранения: интенсивное охлаждение отливки (двустороннее или одностороннее), оптимизацию частоты вращения, переменную частоту вращения и т.п. Сплавы, не склонные к ликвации при стационарном литье, не проявляют ее и при центробежном. Например, не подвержены ликвации титановые отливки, отливки из хромоникелевых сталей и др. Большой перепад давления вдоль радиуса вращения создает рааличные условия для питания зон отливки и газовыделения из расплава. Усадочная, газовая и газоусадочная пористость проявляется в значительно большей степени в зонах, прилегающих к свободной поверхности или к оси вращения. При вертикальной оси вращения эти явления характерны также для верхних зон отливки. Для предупреждения образования пористости используют уклоны, прдгбыли, увеличивают радиус или частоту вращения. Давления в металле может достигать 1,0 МПа и более. Под действием высокого давления наблюдается раздутие литейной формы, особенно при литье плоскостных деталей. Возможно образование трещин и разрушение формы. Качество отливок оказывается гораздо более чувствительным, чем при стационарном литье, к неоптимальному выбору технологических параметров литья и их отклонениям. Для отливок, представляющих собой длинномерные тела вращения с внутренней цилиндрической цолостью и изготавливаемых на машинах с горизонтальной осью вращения, важнейшим является выбор угловой скорости вращения со (рад/с) или частоты вращения п (мин ): ЗОсо (8.12) В основе многих предложенных формул для расчета частоты вращения лежит связь между частотой вращения (8.12) и гравитационным коэффициентом (8.3): (8.13) Рекомендуются следующие значения гравитационного коэффициента для отливок из разных сплавов [7]: стали 44, серого чугуна 49, бронзы 40, алюминиевых сплавов 95 - ПО. Известна формула Л.С. Константинова для расчета частоты вращения п =- 1,746-10 (8.14) где р - плотность сплава, кг/м; г - радиус внутренней поверхности отливки, м. Возможно также применение формулы Кэммена: =-, (8.15) где п - частота вращения формы, мин; R -радиус наружной поверхности отливки, м; т -коэффициент, зависящий от сплава (для стали /w = 135,0, для серого чугуна и бронзы т = 167,5, для алюминия т = 225,0 [4]). Применение формул (8.14) и (8.15) не дает удовлетворительных результатов при определении частоты вращения форм толстостенных отливок (R / г > 2)у так как на наружной и внутренней поверхностях отливки значения гравитационного коэффициента существенно различны [4]. При выборе частоты вращения вокруг вертикальной оси следует учитьшать природу сплава, конфигурацию отливки, требуемую плотность отливки, форму и положение параболоида вращения. При коаксиальном расположении отливки, внутренняя полость которой формируется без стержня, разностенность может бьтть вьгшслена как разность радиусов полости по ее верхнему и нижнему торцам: /-1 - Го = 0,179 (8.16) uoo; где q - отношение высоты полости к ее среднему диаметру (средний диаметр - это диаметр цилиндрической полости, который определяется объемом заливаемого металла). По величине допустимой разностенности по формуле (8.16) может бьтть определена частота вращения. Из соображений достаточной эффективности воздействия центробежных сил на формирование отливок из черных и цветных спла- вов частоту вращения вокруг вертикальной оси иногда рассчитывают по формуле (8.13) при К > 60 [1]. Однако большие значения гравитационного коэффициента означают высокую интенсивность взаимного перемещения объемов затвердевающего мета;ша. Это явление при литье тугоплавких металлов, помимо отмеченных позитивных эффектов, может приводить к образованию поверхностных дефектов и внутренних несплошностей. Поэтому при литье этих сплавов предпочтительны умеренные значения гравитационного коэффициента (К = 20-60). Требуемые давления могут бьпъ обеспечены при большом радиусе и относительно малой частоте вращения, поскольку с увеличением радиуса вращения давление растет пропорционально квадрату радиуса, а гравитационный коэффициент - пропорционально радиусу. Центробежное литье улучшает механические свойства отливок. Так, при литье бронзовых втулок центробежный способ в сравнении со стационарным обеспечивает увеличение предела прочности и относительного удлинения в 1,5 - 2 раза [6]. Выход годного при литье втулок возрастает с 60 до 90% [7]. Прочность литых напорных труб при центробежном способе в сравнении со стационарньв! увеличивается с 270 - 300 МПа до 488 МПа. Улучшается качество поверхности. Возможности центробежного литья, позволяющие создавать высокие скорорти потока металла при заполнении форм, усиливать направленность затвердевания отливки за счет центрифугирования, обеспечивать повьипен-ное давление при формировании отливки, особенное ценны при производстве отливок из тугоплавких высокореакционных металлов: титана, циркония, молибдена и др. Так, при формировании отливок из титановых сплавов в вакууме линейная скорость расплава в форме должна составлять в зависимости от толщины и протяженности стенки отливки 0,1 - 1,0 м/с. Для предупреждения газовой пористости давление в металле при затвердевании должно бьггь на уровне 0,12 МПа и вьпие. Такие значения параметров при гравитацио}1ном (стационарном) литье обеспечить не удается. Центробежное литье в производстве титановых отливок позволяет эффективно использовать силовой фактор в условиях, когда управление температурньв! полем отливки крайне затруднено из-за низкой теплопроводности титана. Широкое применение центробежного литья в производстве отливок из титановых и других высокореакционных сплавов обусловливается также относительной простотой реализации этого метода в герметичной вакуумной камере плавильно-заливочной установки. Рис. 8.7. Типовой металлопровод, применяемый при центробежном литье титана с верхним (а) и нижним (б) распределением металла: / - приемно-направляющий лоток; 2 - направляющая втулка; 3 - центральный стояк; 4 - заливочный конгейнер; 5- колодец; 6 - отливка; 7- питатель; 8 - литниковый ход; 9 - центробежный стол Практически все титановые отливки ответственного назначения изготавливаются центробежным литьем при вертикальном расположении оси вращения. Вследствие высокой скорости затвердевания титанового расплава и опасности образования неспаев на поверхности отливок подачу металла в рабочую полость формы следует осуществлять плавно без разрывов металлического потока. Поэтому расплав подают против действия центробежных сил, т.е. в направлении от периферии к оси вращения. Обеспечивают также движение металла с помощью достаточно развитого металлопровода (рис. 8.7). В большинстве случаев предпочтительно верхнее распределение металла. При этом затраты сплава на металлопровод существенно сокращаются за счет малой высоты центрального стояка. Улучшается также наполнение заливочного контейнера литейными формами и, следовательно, повышается производительность плавильно-заливочной установки. Металлопровод рассчитывают таким образом, чтобы обеспечивался заданный расход металла (кг/с) на входе в рабочую полость каждой литейной формы, а в самом металло-проводе по возможности отсутствовали разрывы металлического потока. Для несжимаемой жидкости, каковой является расплав, условие неразрывности означает равенство расходов во всех элементах металлопровода: в носке тигля приемно-направляющем лотке Q, центральном стояке в литниковых ходах Данный расход должен быть больше необходимой суммы расходов для одновременно заполняемых форм: |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |