在铸铁管和气缸套离心铸造的生产中应用极广

　　第四章 离心铸造_纺织/轻工业_工程科技_专业资料。第四章 离心铸造 4.1 概述 定义：离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中(通常 250-1500/min)，在离心力的作用下，完成金属 液的充填和凝固成形的一种铸造方法。 ? 离心铸造必须在

　　第四章 离心铸造 4.1 概述 定义：离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中(通常 250-1500/min)，在离心力的作用下，完成金属 液的充填和凝固成形的一种铸造方法。 ? 离心铸造必须在专门的设—离心铸造机（使铸型旋 转的机器）上完成。根据铸型旋转轴在空间位置的不 同，离心铸造机可分为卧式离心铸造机和立式离心铸 造机两种。 ? 1. 卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴或与水平线℃）的轴线所示。 它主要用来生产长度大于直径的套筒类或管类的铸件， 在铸铁管和气缸套的生产中应用极广。 离心铸造的优点 1.液体金属能在铸型中形成中空的圆柱形自由表 面，简化了套筒、管类铸件的生产过程。 2.金属充填铸型的能力高。 3.补缩条件好，气体和非金属夹杂也易于排出， 铸件组织较致密，缺陷较少。 4.减少甚至不用浇注系统和冒口，降低金属消耗。 5.铸件易产生偏析；铸件内表面较粗糙，尺寸不 易控制。 6.可生产双金属圆柱形铸件。 离心铸造的缺点： ⑴ 铸件内自由表面粗糙，尺寸误差大，品 质差。 ⑵ 不适用于密度偏析大的合金（如铅青铜） 及铝、镁等轻合金。 离心铸造的应用 ? 离心铸造主要用来大量生产管筒类铸件， 如铁管、铜套、缸套、双金属钢背铜套、 耐热钢辊道、无缝钢管毛坯、造纸机干燥 滚筒等，还可用来生产轮盘类铸件，如泵 轮、电机转子等。 离心铸造是 将液体金属浇入旋 转的铸型中，使之 在离心力的作用下， 完成充填和凝固成 形的一种铸造方法。 立式离心铸造 根据铸型旋转轴在空间的位置 卧式离心铸造 立式离心铸造 主要用来生产高度小于直径的圆 环类铸件，有时也可用此种离心 铸造机浇注异形铸件。 卧式离心铸造 主要用来生产 长度大于直径 的套筒类和管 类铸件。 立式离心铸造 2. 立式离心铸造机的铸型是绕垂直 轴旋转的，如图4-2所示。它主要用于 生产高度小于直径的圆环类铸件，如 轮圈和合金轧辊等，有时也可在这种 离心机上浇注异形铸件。由于在立式 铸造机上安装及稳固铸型比较方便， 因此，不仅可采用金属型，也可采用 砂型、熔模型壳等非金属型。 ? 由于液体金属是在旋转状态及离心力作用 下完成充填、成形和凝固过程的，所以离心铸造 具有如下一些特点： ? （1） 铸型中的液体金属能形成中空圆柱形自 由表面，不用型芯就可形成中空的套简和管类铸 件，因而可简化这类铸件的生产工艺过程。 ? （2） 离心力作用，显著提高液体金属的充填 能力，改善充型条件，可用于浇注流动性较差的 合金和壁较薄的铸件。 ? （3） 有利于铸件内液体金属中的气体和夹杂 物的排除，并能改善铸件凝固的补缩条件。因此， 铸件的组织致密，缩松及夹杂等缺陷较少，铸件 的力学性能好。 ? ? ? ? ? （4） 可减少甚至不用冒口系统，降低了 金属消耗。 （5） 对于某些合金（如铅青铜等）容易 产生重度偏析。 （6） 铸件内表面较粗糙，有氧化物和聚 渣产生，且内孔尺寸难以准确控制 （7） 应用面较窄，仅适合于外形简单且 具有旋转轴线的铸件如管、筒、套、辊、轮 等的生产。 离心铸造的特点 1.液体金属能在铸型中形成中空的圆柱形自由表面， 简化了套筒、管类铸件的生产过程。 2.金属充填铸型的能力高。 3.补缩条件好，气体和非金属夹杂也易于排出，铸 件组织较致密，缺陷较少。 4.减少甚至不用浇注系统和冒口，降低金属消耗。 5.铸件易产生偏析；铸件内表面较粗糙，尺寸不易 控制。 6.可生产双金属圆柱形铸件。 离心铸造双金属管 4.2 离心铸造原理（铸件成型特点） 4.2.1 离心力场 ? 离心铸造时，旋转着的液体金属占有 一定的空间，若在这个空间中取液体金属 的任一质点M，其质量为m，旋转半径为r， 旋转角速度为ω，则在该质点上作用着离心 力mω2r。离心力的作用线通过旋转中心O， 指向离开中心的方向。它使金属质点做远 离旋转中心的径向运动。我们可借用地心 引力场某些概念来研究离心力场中铸件的 成形特点。 离心力场 离心力： mω2r 重力：mg 重度 ? ? mg / V ? ?g 有效重度：离心力场中旋转状 态单位体积物质上的离心力。 ? ? ? m? r / V ? ?? r 2 2 M mω2r mg O r ω 重力系数：G ? ? ? / ? ? ??2 r / ?g ? ? 2 r / g 或： ? ? ? G?g ? G? ? 在地心引力场中，单位体积（V）物 质所受的重力（mg）称为重度，并以γ＝ mg/V=ρg表示；同样，对于离心力场来说， 作用于旋转状态单位体积（V）物质上的离 心力γ＝mω2r/V＝ρω2r（其中ρ为物质的密 度）。为了与地心引力场相区别，我们将γ 称为“有效重度”。 将离心力场与地心引力场的重度作一 比较，并以下式表示： ? G＝γ／γ＝ρω2r／ρg＝ω2r／g 或 γ＝Gρg＝Gγ （4-1） （4-2） 式（4-1）及式（4-2）中的比值G称重力系数， 它表示旋转状态中物质重度增大的倍数。显然， 离心铸造时，在旋转铸型中的液体金属的有效重 度也将按G的倍数增大（通常为几十倍乃至一百 多倍），在液体金属自由表面上的有效重度一般 在（2～10）×106N· m-3范围内。 总结 离心力场 ? ? ?g 重度： ? ? ?? 2 r 有效重度： G ? ? 2 r / g 重力系数： 4.2.2 离心力场中液体金属自由表面的形状 离心铸造时，不必采用型芯就可获得中 空圆柱形的铸件，这是由于浇入旋转铸型中 的液体金属，在离心力的作用下建立起来的 自由表面，冷凝后终就成为铸件中空的内 表面。因此，对液体金属自由表面形状进行 研究是很有必要的。 4.2.2.1 立式离心铸造时的液体金属 自由表面的形成 立式离心铸造时的液体金属自由表面的形成 X ? m? 2 x Y ? mg Z ?0 h y1 y2 O x0 x1 K ω 由欧拉公式： Xdx ? Ydy ? Zdz ? 0 m? 2 xdx ? mgdy ? 0 M mg mω2x y? ?2 2g x2 在立式离心铸造的旋转铸型中，液体金属的自 由表面是一个绕垂直转轴y的回转抛物面。 ? ? ? ? ? 将液体金属浇入绕垂直轴y-y旋转的铸型中，其 旋转角速度为ω，截取其轴向断面，则可得如图7-3所 示的图形。设在液体金属自由表面上任取一质点M， 其质量为m，在离心力场的作用下，此质点在x轴方向 作用的离心力为mω2x；在y轴方向上作用的力为重力 mg。自由表面上每一质点都与大气接触，所受压力为 一个大气压，所以自由表面是一个等压面。 由水力学中的欧拉公式可知，当液体质点受力的作 用，在等压面上作微小位移时，应满足下述条件 Xdx十Ydy十Zdz＝0 （4-3） 式中 X、Y、Z——分别为质点M在x、y、z轴方向上 所受的力，N； dx、dy、dz——分别为质点M在x、y、z轴方向 上微小位移的投影，m。 ? 由前可知，X=mω2x，Y＝mg，由于自由表面是 一回转面，故可不考虑z方向的作用力。将X及Y值代人 式（4-3）得 ? mω2x dx+ mg dy = 0 （4-4） ? 对式（4-4）移项积分后，则得如下方程式 2 ? ? （4 -5） y? x2 2g ? 式（4-5）为抛物线方程式，抛物线顶点为坐标 轴原点。因此可以推论，在立式离心铸造的旋转铸型中， 液体金属的自由表面是一个绕垂直旋转轴y-y的回转抛 物面。 ? 由于为一抛物面，使在铸件顶部x1处的液体金属 层的厚度较薄，而在铸件底部x0处厚度层较大。可用 式（4-5）计算液体金属在铸件高度方向上的壁厚差。 此式为抛物线方程式，抛物线顶点为坐标 的原点。因此可推论：立式式离心铸造时 液体金属的自由表面为一绕垂直轴的回转 抛物面。 求铸件高度和内孔的半径差： 所以： 在一般情况下，征凝 固后的立式离心铸件 上应有一与液体金属 自由表面相似的内表 面，但铸件内表面的 抛物面形状常会被破 坏，如下图所示。 4.2.2.2 卧式离心铸造时的液体金属 自由表面的形成 图4-5 卧式离心铸造时液体金属横断面上的自由表面 卧式离心铸造时的液体金属自由表面的形成 离心力F＝mω2r0 X＝mω2r 0cosα＝ y mω2x mω2r0sinα A x α ω mω2r0 Y＝mω2r0sinα＝ mω2y 由欧拉公式： Xdx ? Ydy ? Zdz ? 0 m? 2 xdx ? m? 2 ydy ? 0 x 2 ? y 2 ? r02 B e y mω2r0cosα x x O O 在卧式离心铸造的旋转铸型中，液体金属的 自由表面是一个绕水平转轴x的圆柱面。 ? 图4-5所示为卧式离心铸造时截取液体横 断面的图形。在自由表面任取一质点M，其质 量为m，若不考虑重力场的影响，则作用在该 质点的离心力在x轴方向上的分力为X= mω2r0cosa= mω2x；在y轴方向上的分力为Y＝ mω2r0sina＝mω2y；在旋转轴方向上的分力z＝ 0。将X、Y、Z分别代入式（4-3），得 mω2x dx＋mω2y dy＝0 x 2十y2＝r02（4-7） （4-6） 将式（4-6）移项积分后，得如下方程式 ? ? ? 此为圆的方程式，其半径为液体金属的 内半径r0，圆的中心与液体金属的旋转轴线 相重合。因此，可以推论，卧式离心铸造 时，如果不考虑重力场的影响，则液体金 属的自由表面为一以旋转轴为轴线的圆柱 面。 但由于存在着重力场的影响，所以在卧式离心铸造时，液体 金属自由表面（圆柱面）的中心将向下移动e距离。因为液体金 属作圆周运动时，金属质点由处（A断面上的任一点）向 低处（B断面上的任一点）移动时，在重力场的影响下，其速度 将增加；而当液体金属质点自B断面向A断面运动时，其速度将减 小。所以液体金属在断面A处的圆周线速度υ A小，而在断面B 处，圆周线速度υ B。但这种自由表面偏移的情况是不会在 凝固后的铸件内表面上遗留下来的，因为在铸件的凝固过程中， 由于它是从外壁向自由表面结晶的，并且型壁在同一圆周上的冷 却作用基本都是一样。此外，随着铸件凝固过程的进行，液体金 属的温度不断降低，粘度增大。故当液体金属由A断面向B断面的 增速会随着金属的粘度的增加而遇到越来越大的阻力。同样，由 B断面向A断面的减速运动也越来越困难。这样，就使υ A与υ B的 差值不断减小。 因此，在卧式离心铸造时，液体金属自由表面偏移的现象将 随着铸件凝固过程而逐渐消失。后，铸件的表面将不会出现偏 心。 当不考虑重力场的影响时： 对此式积分得： 由此可推卧式离心铸造时，如果不考虑重 力场的影响，液体金属的自由表面应为以 旋转轴为轴线的圆柱面。 由于重力场的影响： 根据水力学的液体流动的连续性原理： 从而出现圆柱形内表面向下偏移的现象。 4.2.3 离心压力 离心铸造时，在离心力的作用 下，液体金属内部和铸型壁上与重 力场一样，也会受到液体金属的压 力作用，这种压力称为离心压力。 离心压力的大小及其分布情况有其 本身的特点，现介绍如下。 图4-5 卧式离心铸造时离心压力的计算 离心压力 ? dr ? m ? ? ? r ? ?d?drdz dr ? ? 2? dV ? ? r ? ?d?drdz ? ? y ω 2? 2 O dr ? ? F ? ? ? r ? ? d?drdz? 2 2? ? 2 2 dr ? dr ? ? ? ? ? r ? ? d?drdz? 2 r ? ? ? 2? 2? ? 2 ? dp ? ? ?? dr ? ??2 rdr rd?dz r pr r 2 pr ? ? dp ? ?? ? rdr p0 r0 x Pr ? ??2 2 (r 2 ? r02 ) ? ?? 2 2g (r 2 ? r02 ) Pmax ? pR ? ?? 2 2g ( R 2 ? r02 ) ? ? ? 图4-5所示为截取卧式离心铸造铸型中液体 金属的横断面，其外半径为R，内孔半径为r0，旋 转角速度为ω，则在r处的离心压力为 pr ? ?? 2 2 (r ? r ) ? 2 2 0 ?? 2 2g ( r 2 ? r02 ) （4-8） ? 式中 γ —液体金属的重度(N/m3)；g—重力加速度 ? 由式（4-8）可知，卧式离心铸造时，液体 金属中的等压面是以旋转轴为轴线的圆柱面，旋 转半径不同，离心压力值也不同，从自由表面r0 起至外径R处，压力变化呈抛物线规律分布，在R 处为，即 ? （4-9） ?? 2 2 2 pR ? ? 2g ( R ? r0 ) PR就是旋转液体金属对铸型壁作用的离心压 力。 由微小单元引起的离心压力为： 忽略dr/2并积分得： 因为po=0，所以： 外径R处： 立式离心铸造时，同样可用上式计算只是 需要注意值随铸件的高度而变化。 4.2.4 液体金属中异相质点的径向运 动 离心铸造时，浇入铸型的液体金属并不 是均匀单一的，往往会夹有一些异相质点。 液体金属中的异相质点主要有：浇注时随 液体金属进入铸型的夹杂物或气体；液体 金属中不能互溶的在合金凝固过程中析出 的晶粒和气体等。这些异相质点与液体金 属的重度各不一样。在重力场中．它们的 上浮或下沉的速度υ重可根据期托克斯公式 确定 离心力场中： 将两式相除得： 径向移动将使： ? 有利于夹杂、渣滴和气孔逸出； ? 补缩容易，有效重度大，不易形成缩孔、 缩松的缺陷，组织致密度大； ? 易出现偏析和双向凝固现象。 液体金属中异相质点的径向运动 d 2 ( ?1 ? ? 2 ) g v重＝ 18? d 2 ( ?1 ? ? 2 )? 2 r v离＝ 18? v离 v重 ? ? 2r g ?G ? 由式上可知，离心铸造时，液体金属中异相质点的浮 沉速度比重力铸造时大G倍。所以重度比液体金属小的气体 或某些夹杂物就较容易浮至自由表面，这就是离心铸件中气 孔、夹杂等缺陷可显著减少的原因。当然，在铸件内表面上 会有较多的异相夹杂物存在。 在大多数情况下，凝固时析出的晶粒，其重度比液体 金属大。因此离心铸造时，析出的晶粒有更大的趋势向铸件 外表面或结晶前沿移动。同样，液体金属中温度较低的部分 也较易向外表面集中。此外．离心铸造的散热过程又是通过 铸型壁进行的。所有这些，都为离心铸件由外表向内表的定 向凝固创造了更有利的条件。这样，促使结晶层的成长速度 增大，缩小了结晶的固、液相共存区，减少了铸件中形成缩 孔、缩松的倾向。所以，离心铸件的组织比一般铸件致密。 ? 4.3 离心铸件在液体金属相对运动影响 下的凝固特点 4.3.1 离心铸型横断面上液体金属的相对运动 及其对铸件结晶的影响 4.3.1.1 离心铸型横断面上液体金属的相对运动 1. 卧式离心铸造时重力场所引起的相对运动 2. 由惯性作用所引起的相对运动 4.3.1.2 离心铸型横断面上液体相对运动的不 同情况对铸件结晶过程的影响 4.3.2 离心铸型纵断面上液体金属的相对流动 及其对铸件结晶的影响 (2)离心铸型横断面上液体相对运动的不同 情况对铸件结晶过程的影响 ?紊流阻止了异相 质点在金属中的正 常沉浮，固相区增 厚，形成等轴晶区。 ?层流使其生长成 倾斜状的柱状晶。 2、离心铸型纵断面上液体金属的相对运动 及其对铸件结晶的影响 4.4 离心铸造机 4.4.1 立式离心铸造机 立式离心铸机 离心铸造铸铁件 4.4.2 卧式离心铸造机 机 4.4.2.1 卧式悬臂离心铸造 卧式悬臂离心铸造机 卧式离心铸机 卧式离心铸机 卧式离心铸机 卧式离心铸机 4.4.2.2 滚筒式离心铸造机 滚筒式离心铸造机 3、多工位卧式离心铸造机 4.4.2.3 水冷金属型离心铸管机 一. 特点 ? ① 金属管模浸在一个封闭的冷却水套中，并由电动机驱 动旋转。由于管模的冷却强度较大，铁液在离心浇注过程 中凝固速度较快，因此具有较高的生产率。 ? ② 采用扇形包和长流槽进行铁液等量浇注，铸管的壁厚 均匀。 ? ③ 管模内表面没有使用涂层保护，铸管的外表面质量较 高。 ? ④ 由于铁液在管模内的凝固速度较快，金相组织中存在 渗碳体，断面多呈白口，因此球墨铸铁管需经过高温退火 （大于920℃）处理，消除渗碳体，获得一定的伸长率。 ? ⑤ 机械化、自动化水平很高，对控制系统 的精度要求很高。 ? ⑥ 管模的使用寿命不高，一般使用次数为 铸造3000~5000根。 ? 由于水冷金属型离心铸管机具有以上 特点，目前已普遍在φ80~1000mm的铸管 生产中应用，是当今世界上应用广泛的 离心铸管方法。 二. 水冷金属型离心铸管机结构 ? 水冷金属型离心铸管机的结构总图如 图4-6所示，它由机座、浇注系统、离心机、 拔管装置、运管小车、桥架、液压站、控 制系统8个部分组成。 图4-6 水冷金属型铸管机结构图 1-浇注系统；2-机座；3-离心机；4-拔管机；5-液压站； 6-桥架；7-运管小车；8-控制系统 ? 三. 离心铸管机主体结构 ? 水冷金属型离心铸管机主体由旋转装 置、上芯装置、机身、冷却系统、电机机 座五个部分组成，其结构如图4-8所示。 图4-8 水冷金属型离心铸管机主体结构 1-上芯装置；2-旋转装置；3-电机固定座；4-机身；5-冷却系统 ? （1）旋转装置 ? 旋转装置（俗称机头）是带动管模旋 转的机构，它具三个功能：支承功能、 旋转功能和密封功能，其结构如图4-9所示。 图4-9 机头旋转装置 1-挡水环；2-迷宫式密封圈；3-封水环；4-旋转密封盘；5-轴承支撑环； 6-轴承；7-轴承密封板；8-管模对中环；9-管模；10-带轮 ? （2）上芯装置 ? 离心机在浇注前须将承口砂芯装入管模承 口处，并通过定位的机械手压紧。上芯装置由转 动机构、压紧机构和砂芯支承机构三部分组成， 其结构可参考其它资料。 ? （3）机身 ? 机身即离心机的主体部分，如图4-10所示， 机身包括机壳、车轮、电动机固定座、V形托辊 及插口部分。 图4-10 机身结构简图 1-插口部分；2-机壳；3-车轮；4-V形托辊；5-电机底座 四. 水冷金属离心铸管机冷却系统 ? 水冷离心铸管机的冷却系统直接关系到产品 质量。如果冷却不均匀，铸管的温差过大，产生 的热应力不一致，管体将产生热裂纹。为保证冷 却均匀，在机壳内均匀布置圆弧形喷淋冷却管， φ80~300mm，φ~700mm的离心机通常布置 9~11组喷淋冷却管。φ800~1000mm的离心机由 于铸管热容量较大，喷淋冷却管则分段设置，并 在管模的外部设置隔离套，避免各段的冷却水相 互影响。 五. 水冷金属型离心铸管机浇注装置 ? 离心铸管机浇注装置如图4-11所示，主要包括浇注框 架、扇形包、流槽、模粉输送装置、随流孕育装置和浇注横 移机构。浇注时，扇形包绕着固定轴旋转，提供均匀稳定的 铁液流，从而在主机一定的移动速度下保证管壁的均匀性。 φ80~700mm的离心机的流槽装置是双工位，当一支流槽在 浇注时，另一支翻转180°，倒掉其中的残铁液，准在下 次浇注时使用。模粉输送装置在浇注过程中通过螺旋给料器 和气动输送装置把料箱中的模粉送入管模内。随流孕育装置 是在浇注过程中利用振动给料器把孕育剂均匀地加入到流槽 的铁液中。浇注横移机构是实现两个流槽交替工作的机构， 当一个流槽浇注完成后，横移机构带着流槽移出，另一个流 槽进入离心机中心线mm的离心机由 于生产率不高，有时间清理流槽，因此可采用单流槽浇注。 图4-11 离心铸管机浇注装置 1-浇注框架；2-随流孕育装置；3-浇注槽；4-流槽；5-喷粉管；6-小车门调整装置； 7-山形轨道；8-横移机构；9-平行轨道；10-扇形包；11-小车横移液压缸 六. 水冷金属型离心铸管机拔管及运管装置 ? （1） 拔管装置及工作原理 ? 水冷金属型离心铸管机的拔管装置是由 拔管钳及拔管钳张紧液压缸、拔管主液压缸及 导向装置、机座组成，结构如图4-12所示。 图4-12 拔管装置结构图 1-拔管导向装置；2-主液压缸；3-张紧液压缸； 4-拔管钳；5-离心机；6-离心机主液压缸；7-机座 ? 拔管的工作原理是：离心机浇注完成后， 停在拔管装置前，拔管装置的拔管主液压缸2开始 工作，受拔管导向装置1的限制，拔管钳4及拔管 钳张紧液压缸3沿铸管中心线向前移动，将拔管钳 伸入到铸管承口端直管部位。随后，拔管钳张紧 液压缸开始工作，推动钳芯向前运动，使得拔管 钳的三个钳块同时径向张开，撑住铸管内壁，拔 管钳主液压缸后退，同时离心机主液压缸6动作， 将铸管从管模内拔出。 ? （2）接管装置 ? 接管装置是由两个旋转臂组成，两个旋转臂在外力 作用下能灵活转动90°，并能自动回位。调节旋转臂的高 低，可接不同规格的铸管。旋转臂的一端设置有举升液压 缸，举升液压缸动作时使得铸管沿旋转臂滚到运管小车上。 挡管装置的作用是起缓冲作用，使铸管平稳地落在 运管小车上。挡管装置由两个挡柱组成，挡柱后面装有可 调缓冲器。 ? （3） 挡管装置 ? 4.5 离心铸造工艺 离心铸造的工艺要点主要有： ? 1） 首先根据铸件要求确定铸型转速，这是获得 优质铸件的首要条件。浇注前调好转速，浇注过 程中严格控制变速范围。 ? 2）铸型须经过清理、预热，再上涂料。上涂料时 要严格控制铸型温度和涂料厚度。 ? 3）浇注时严格掌握合金液的温度，定量准确，控 制好浇注速度。 ? 4）铸件冷却要严格掌握水冷时间和冷却强度。 4.5.1 铸型的转速 铸型转速是离心铸造工艺的主要内容。铸型转速 的选择主要应考虑如下三方面的问题： ? （1） 保证液体金属进入铸型后，能迅速充满 ? ? 成形。 现缩孔、缩松、夹杂和气孔等。 ? （2） 保证获得良好的铸件内部质量，避免出 ? （3） 防止产生偏析、裂纹等缺陷。 ? 在实际生产中，为了获得组织致密的 铸件，可根据液体金属自由表面（相应为 铸件的内表面）上的有效重度γ值或重力系 数G值来确定铸型的合适转速。因为铸件内 表面上的γ及G值为小，若已能满足质量 要求．则在其它部位的质量也能得到保证。 ? 由前述可知，自由表面上的金属质点的有效重 度为γ＝ρω2r0，则 ? ? （8-13） n ? 29.9 r 0? ? 式中 n——铸型的转速（r· min-1）； ? γ、γ——分别为液体金属的有效重度和重度（N· m-3） ? r0——铸件内表面的半径(m)。 ? 因为γ / γ ＝G，故式（8-13）可改写成 ? G n ? 29.9 ? （8-14） r 0 ? 若取式（8-14）中29.9/G ＝C，则可得 C ? n? r0 ? （8-15） ? 式（8-13）、式（8-14）及式（8-15）为实 际生产和有关文献中常见的铸型转速计算公式。 公式中的γ、G和C值根据所浇注的合金种类、铸 件的形状特征和所采用的离心铸造工艺而定，一 般对直径较小的铸件和采用金属型时可取较大值； 当合金结晶区间较窄，或采用砂型立式离心铸造 时，可取较小值；γ、G和C值可查相关的文献。 ? 前苏联康斯坦丁诺夫JI.C根据式（8-15）， 经试验后提出：不论液体金属的种类如何，只要 在液体金属自由表面上的有效重度γ＝ 3.33×106N· m-3，就能保证获得组织致密的铸件。 据此可推导出铸型转速的计算公式 ? 55200 n ? ? （8-16） ?r0 ? ? 式中 γ的单位为N· m-3，r0的单位为m。 ? 选择铸型转速时，应以保证液体金属能充 满成形和获得组织致密的优质铸件为原则。过高 的铸型转速将导致铸件产生纵向裂纹和偏析，在 采用砂型离心铸造时，还会出现胀砂、粘砂甚至 跑火等缺陷，此外，也不利于安全生产。 4.5.2 离心铸造用铸型 4.5.2.1 卧式悬臂离心铸造机上的金属铸型 4.5.2.2 滚筒式离心铸造机上的金属铸型 4.5.3 涂料 1）涂料的作用 ? ①使金属液不直接接触模具，改善铸件的成 形和凝固状况，改善铸件质量。 ? ②保护模具，减缓对铸型的冲击和热作用， 延长模具使用寿命。 ? ③减少激冷，防止铸铁件产生白口。 ? ④填铺模具，使模具上存在的小孔、裂纹等 填平，以免窝气，防止铸体产生气孔。涂料 层有利于气体的排除。 2）对涂料的要求 ? ①较好的保温性，导热性要低。 ? ②较高的耐火性，耐高温而不熔化（也不产 生气体，一般不与合金起化学反应）。 ? ③高温强度好，能经得起高温合金的冲击， 容易脱模。 离心铸造用涂料配方举例见下表。 铸铁缸套的涂料（砂衬） 4.5.4 离心浇注工艺 4.5.4.1 液体金属 的定量 4.5.4.2 液体 金属进入铸 型的方向 4.5.4.3 模具工作温度（浇注时模温） ? 模子在开始浇注之前要预热，使其温度逐渐 提高，充分干燥，避免浇注时产生气体，减少对 合金的激冷作用，同时也减缓对模子的热激。从 而提高铸件质量，保护模具。预热方法：煤气和 油等燃烧加热；木柴、焦炭等燃烧加热；上窑加 热；内模可放在炉上烘烤或用红铁块等加热。预 热须力求均匀。 ? 在连续生产过程中根据铸件的质量要求和 生产条件，铸型（模子）需维持一定的工作温度， 从而调节对合金（如铸铁）的激冷作用，保证铸 件质量、提高模具使用寿命。 4.5.4.4 ? ? 合金浇注温度 浇注温度与材质、铸件质量及铸型条件等有关。 如浇注温度过低可能引起局部缺浇、冷隔、夹 杂等缺陷。如浇注温度过高可能引起缩孔、缩松、气 孔及晶粒粗大等缺陷，而且不利于保护模具。有关合 金的浇注温度确定可参考其它资料。 4.5.4.5 浇注速度 ? 浇注速度对铸件质量有一定影响。开始浇注时 应使合金液很快铺满铸型，在不影响转速的情况下快 些浇注为好（含铅较高的铜合金除外，因为转速高， 离心力大，容易产生偏析），铸件越大浇注速度也应 增大。 ? 浇注速度参见表4-2和表4-3。 表4-2 铜合金浇注速度 表4-3 铸铁和铸钢浇注速度 4.5.4.6 铸件脱模温度 ? 它与铸件材质、质量和冷却方式有关。 一般说来铸件完全凝固以后后即可停车取 出铸件，或连同铸型同时取下。实际中观 察铸件内表面呈暗红色即可。 4.5.5 几种离心铸件的铸造工艺 4.5.5.1 小型气缸套的离心铸造 4.5.5.2 离心铸造铁管 ? 砂型离心铸造铸铁管 ? 金属型离心铸造铁管 4.5.5.3 离 心铸造水泵 叶轮 4.5.5.4 离心铸造双金属轴瓦、双金属轧辊 离心铸造双金属管 气缸套的离心铸造工艺实例 ? 1. 铸铁气缸套的特点及分类 ? 缸套是发动机上的重要零件，它与活塞环组成一对 摩擦副。在发动机工作时，它既受到剧烈的机械摩擦和热 应力的作用，还受到气缸内部燃烧生成物和周围冷却介质 的化学腐蚀。因此要求气缸套具有较高的耐磨性、耐高温 腐蚀性，组织致密、均匀、无渣孔。通常用低铬、低镍或 低铬、铜、硼等合金铸铁材料。 ? 气缸套结构简单，铸件毛坯基本上是一个圆筒件， 因而非常适合于离心铸造。使用量的汽车、拖拉机缸 套，其毛坯直径一般为90~200mm，属于中小型气缸套。 而船舶和机车等用的气缸套，尺寸则大一些，其内径一般 大于200mm，属于大型铸铁气缸套。 2. 铸铁气缸套离心铸造机 ? 中小型气缸套的离心铸造较普遍采用 单头卧式悬臂离心铸造机。对于船舶、机 车用的大型气缸套，离心铸造时可采用如 图4-13所示的卧式滚筒离心铸造机。铸型 内也可内衬砂型，砂衬采用CO2水玻璃砂 型或其它干砂型，砂衬的厚度为7~30mm。 图4-13 气缸套的卧式滚筒离心铸造机 1-电动机；2-传动轴；3-支撑轮；4-铸型；5-防护罩；6-浇注小车 3. 铸铁气缸套离心铸造工艺 ? 工艺设计 ? 1）收缩率 ? 离心浇注缸套由于无型芯，无论从轴向和 纵向基本属于自由收缩，所以收缩率主要根据铸 铁牌号本身的特点而定。 ? 2）加工余量 ? 小缸套的加工余量一般是内表面为3~7mm， 外表面2~5mm，端面3~7mm（不含卡头）。缸 套的毛坯尽量简化成简单形状，以便于制造铸型 和取出铸件。 涂料 ? 多数生产采用水基涂料，每浇一件滚挂一 次。涂料的耐火基料多为硅石粉和磷片石墨粉， 黏结剂为黏土和树脂等。涂料厚度：小缸套 1~2mm，大缸套约2.5~4mm。涂料要均匀，且有 一定黏度以挂牢型壁，常用长形定量槽布敷涂料， 涂料要在型壁上充分干燥。在铸型的里端要垫加 石棉片，以防止缸套的端面产生白口。石棉片直 径应比型腔大1mm。 铸铁缸套的涂料（砂衬） 离心浇注工艺及参数 ? 1）铸型温度 ? 首件浇注上涂料前要将铸型预热到150℃以上，正 常生产时铸型温度控制在200~350℃较宜。为提高生产效 率，同时为保护铸型，延长铸型的使用寿命，浇注后对铸 型外壁进行水冷和空冷。一般水冷时间为60~150s。 金属液定量有质量法、容积法和自由表面高度法三 种。离心浇注小缸套在连续生产中浇注频繁，多采用浇包 容积定量，即一小包浇注一个缸套。 ? 2）金属液定量 ? ? 3）浇注温度 ? 离心浇注小缸套铁液的出炉温度应适当高 些，因为一般都要经过孕育处理，再经过小包定 量，会使温度迅速下降，要求出炉温度应大于或 等于1℃，以保证浇注温度达1300~1360℃， 大缸套浇注温度可适当低些，应为1270~1340℃。 ? 4）铸型及其转速 ? 铸型多采用单型结构，材质多用灰铸铁、 球墨铸铁和耐热铸铁。铸型壁厚常为缸套壁厚的 1.2~2.0倍。一般按重力系统G来计算转速，中小 缸套G取50~80，大缸套G取40~60。 浇注速度应适当快些，以利于充型，并使 铁液温度均匀，以利于顺序凝固和夹杂物的内浮。 小缸套浇注速度为2~10kg/s，较大的缸套浇注速 度也应大些。不同质量缸套的浇注速度见表8-4。 ? 5）浇注速度 ?
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