特种铸造10第十章-离心铸造课件.ppt

1、10.1 概述概述定义：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备离心铸造机（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成一定夹角（小于15）的轴线旋转的，如图10-1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。1.液体金属能在铸型中形成中空的圆柱形自由表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

2、产过程。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。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，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。铸件组织较致密，缺陷较少。 10.减少甚至不用浇注系统和冒口，降低金属消耗。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，尺寸不铸件易产生偏析；铸件内表面较粗糙，尺寸不易控制。易控制。6.可生产双金属圆柱形铸件。可生产双金属圆柱形铸件。离心铸造的优点离心铸造的优点离心铸造的缺点： 铸件内自由表面粗糙，尺寸误差大，品质差。 不适用于密度偏析大的合金（如铅青铜）

3、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生产轮盘类铸件，如泵轮、电机转子等。根据铸型旋转轴在空间的位置根据铸型旋转轴在空间的位置立式离心铸造立式离心铸造卧式离心铸造卧式离心铸造 离心铸造是是将液体金属浇入旋将液体金属浇入旋转的铸型中，使之转的铸型中，使之在离心力的作用下，在离心力的作用下，完成充填和凝固成完成充填和凝固成形的一种铸造方法。形的一种铸造方法。卧式离心铸造卧式离心铸造主要用来生产主要用来生产长度大于直径长度大于直径的套筒类和管的套筒类

4、和管类铸件。类铸件。立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环类铸件，有时也可用此种离心铸造机浇注异形铸件。铸造机浇注异形铸件。 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10-2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

5、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

6、产。1.液体金属能在铸型中形成中空的圆柱形自由表面，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。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。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。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。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，尺寸不易铸件易产生偏析；铸件内表面较粗糙，尺寸不易控制。控制。6.可生产双金属圆柱形铸件。可生产双金属圆柱形铸件。离心铸造的

7、特点离心铸造的特点离心铸造双金属管离心铸造双金属管10.2 离心铸造原理（铸件成型特点）10.2.1 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，则在该质点上作用着离心力m2r。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。离心力场离心力场离心力：离心力： m2r重力：重力：mg有效重度：离心力场中旋转状有效重度：离心力场中旋转状态单位体积物质上的离心力。态单位体积物质上的离心力。重力系数：重力系数：或：或

8、：mgm2rrOM重度重度 gVmg/rVrm22/grgrG/22GgG 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mg/V=g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m2r/V2r（其中为物质的密度）。为了与地心引力场相区别，我们将称为“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： G2rg2rg （10-1） 或 GgG （10-2） 式（10-1）及式（10-2）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

9、多倍），在液体金属自由表面上的有效重度一般在（210）106Nm-3范围内。总结总结离心力场离心力场重度：有效重度：重力系数：gr2grG/210.2.2 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，冷凝后最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。10.2.2.10.2.2.1 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立式离心铸造时的液体金属自由表面的形成mgm2xx0Ky2y1hOx1MxmX2mgY 0Z由

10、欧拉公式：由欧拉公式：0ZdzYdyXdx02mgdyxdxm222xgy 在立式离心铸造的旋转铸型中，液体金属的自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由表面是一个绕垂直转轴y的回转抛物面。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，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m2x；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

11、，在等压面上作微小位移时，应满足下述条件 Xdx十Ydy十Zdz0 （10-3） 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=m2x，Ymg，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（10-3）得 m2x dx+ mg dy = 0 （10-4） 对式（10-4）移项积分后，则得如下方程式 （4 -5） 式（10-5）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

12、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（10-5）计算液体金属在铸件高度方向上的壁厚差。222xgy 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。10.2.2.2 卧式离心铸造时的液体金属 自由表面的形成 图10-5 卧式离心铸造时液体金属横断面上的自由表面BAm2r0sinm2r0cosyeroxOxOxy离心力离心力

13、Fm2r0Xm2r0cos m2xYm2r0sin m2ym2r0由欧拉公式：由欧拉公式：0ZdzYdyXdx022ydymxdxm2022ryx 在卧式离心铸造的旋转铸型中，液体金属的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自由表面是一个绕水平转轴x的圆柱面。的圆柱面。卧式离心铸造时的液体金属自由表面的形成卧式离心铸造时的液体金属自由表面的形成 图10-5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= m2r0cosa= m2x；在y轴方向上的分力为Ym2r0sinam2

14、y；在旋转轴方向上的分力z0。将X、Y、Z分别代入式（10-3），得 m2x dxm2y dy0 （10-6） 将式（10-6）移项积分后，得如下方程式 x 2十y2r02（10-7） 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，金属质点由最高处（A断面上的任一点）向最低处（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

15、；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A最小，而在断面B处，圆周线速度B最大。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A与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。最后

16、，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。10.2.3 10.2.3 离心压力离心压力 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10-5 卧式离心铸造时离心压力的计算roOxyRrdadr)(2)(220222022rrgrrPr)(22022maxr

17、RgpPR离心压力离心压力drdzddrrdV2?drdzddrrm2rrpprrdrdpprdrdrrdrrdzrddrdzddrrdpdrdzddrrFr0022222222222 图10-5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，则在r处的离心压力为 （10-8） 式中 液体金属的重度(N/m3)；g重力加速度 由式（10-8）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处为最大，即 （10-9） PR就是旋转液体金属对铸型壁作

18、用的离心压力。)(2)(220222022rrgrrpr )(22022rRgpR 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。10.2.4 液体金属中异相质点的径向液体金属中异相质点的径向运动运动 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重可根据期托克斯公式确定离心力

19、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液体金属中异相质点的径向运动18)(d212gv重18)(d2212rv离Ggrvv2重离 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

20、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。10.3 离心铸件在液体金属相对运动影响 下的凝固特点10.3.1 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10.3.1.1 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10.3.1.2 离心铸型横断面上

21、液体相对运动的不 同情况对铸件结晶过程的影响10.3.2 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10.4 离心铸造机10.4.1 立式离心铸造机立式离心铸机立式离心铸机离心铸造铸铁件离心铸造铸铁件10.4.2 卧式离心铸造机 10.4.2.1 卧式悬臂离心铸造机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卧式离心铸机卧式离心铸机卧式离心铸

22、机卧式离心铸机10.4.2.2 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10.4.2.3 水冷金属型离心铸管机水冷金属型离心铸管机一一. 特点特点 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。 采用扇形包和长流槽进行铁液等量浇注，铸管的壁厚均匀。 管模内表面没有使用涂层保护，铸管的外表面质量较高。 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。 机械化、自动化水平很高，对控制系统的精度要求

23、很高。 管模的使用寿命不高，一般使用次数为铸造30005000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801000mm的铸管生产中应用，是当今世界上应用最广泛的离心铸管方法。二二. 水冷金属型离心铸管机结构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10-6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10-6 水冷金属型铸管机结构图1-浇注系统；2-机座；3-离心机；10-拔管机；5-液压站；6-桥架；7-运管小车；8-控制系统 三三. 离心铸管机主体结构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

24、装置、机身、冷却系统、电机机座五个部分组成，其结构如图10-8所示。图10-8 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；10-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，它具备三个功能：支承功能、旋转功能和密封功能，其结构如图10-9所示。图10-9 机头旋转装置1-挡水环；2-迷宫式密封圈；3-封水环；10-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

25、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10-10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10-10 机身结构简图1-插口部分；2-机壳；3-车轮；10-V形托辊；5-电机底座 四四. 水冷金属离心铸管机冷却系统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，80300mm，400700mm的离心机通常布置911组喷淋冷却管。8001000mm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

26、的外部设置隔离套，避免各段的冷却水相互影响。五五. 水冷金属型离心铸管机浇注装置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10-11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。80700mm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，准备在下次浇注时使用。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

27、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准备浇注。8001000mm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10-11 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；10-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 六六. 水冷金属型离心铸管机拔管及运管装置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1

28、0-12所示。图10-12 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；10-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

29、。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。 （3） 挡管装置 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。10.5 10.5 离心铸造工艺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

30、。10.5.1 铸型的转速铸型的转速 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。 （2） 保证获得良好的铸件内部质量，避免出 现缩孔、缩松、夹杂和气孔等。 （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及G值为最小，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2r0，则 （8-13） 式中 n铸型的转速（rmin-1）；

31、 、分别为液体金属的有效重度和重度（Nm-3） r0铸件内表面的半径(m)。 因为 / G，故式（8-13）可改写成 （8-14） 09 .29rn 09 .29rGn 若取式（8-14）中29.9/G C，则可得 （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、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；、G和C值可查相关的文献。0rCn 前苏联康斯坦丁诺夫JI.C根据式（8-15），经试验后提

32、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3.33106Nm-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 （8-16） 式中 的单位为Nm-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。 055200rn10.5.2 离心铸造用铸型10.5.2.1 卧式悬臂离心铸造机上的金属铸型10.5.2.2 滚筒式离心铸造机上的金属铸型10.5.3 涂料涂料1）涂料的作用 使金属液不直接接触模具

33、，改善铸件的成形和凝固状况，改善铸件质量。 保护模具，减缓对铸型的冲击和热作用，延长模具使用寿命。 减少激冷，防止铸铁件产生白口。 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 较好的保温性，导热性要低。 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）。 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）10.5.4 离心浇注工艺10.5.4.1 液体金属 的定量10.5.4.2 液体金属进入铸型的方向10.5.4.3 模具工作温度（浇注时模温）模具工作温度（

34、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。10.5.4.4 10.5.4.4 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

35、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。10.5.4.5 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10-2和表10-3。表10-2 铜合金浇注速度表10-3 铸铁和铸钢浇注速度10.5.4.6 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。10.5.5 几种离心铸件的铸造工艺 10.5

36、.5.1 小型气缸套的离心铸造10.5.5.2 离心铸造铁管 砂型离心铸造铸铁管 金属型离心铸造铁管10.5.5.3 离心铸造水泵叶轮10.5.5.4 离心铸造双金属轴瓦、双金属轧辊离心铸造双金属管离心铸造双金属管气缸套的离心铸造工艺实例气缸套的离心铸造工艺实例 1. 铸铁气缸套的特点及分类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

37、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。使用量最大的汽车、拖拉机缸套，其毛坯直径一般为90200mm，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10-13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730mm。图10-13 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；10-铸型；5-防护罩；6-

38、浇注小车3. 铸铁气缸套离心铸造工艺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37mm，外表面25mm，端面37mm（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 多数生产厂采用水基涂料，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12mm，大缸套约2.54mm。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

39、，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200350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60150s。 2）金属液定量 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。 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1400，以保证浇注温度达13001360，大缸套浇注温度可适当低些，应为12701340。 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1.22.0倍。一般按重力系统G来计算转速，中小缸套G取5080，大缸套G取4060。 5）浇注速度 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210kg/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。