第四章 離心鑄造

1、4.1 概述概述定義：離心鑄造是將液體金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中(通常250-1500/min)，在離心力的作用下，完成金屬 液的充填和凝固成形的一種鑄造方法。 離心鑄造必須在專門的設(shè)備離心鑄造機(jī)（使鑄型旋轉(zhuǎn)的機(jī)器）上完成。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間位置的不同，離心鑄造機(jī)可分為臥式離心鑄造機(jī)和立式離心鑄造機(jī)兩種。 1. 臥式離心鑄造機(jī)的鑄型是繞水平軸或與水平線成一定夾角（小于15）的軸線旋轉(zhuǎn)的，如圖4-1所示。它主要用來生產(chǎn)長度大于直徑的套筒類或管類的鑄件，在鑄鐵管和氣缸套的生產(chǎn)中應(yīng)用極廣。1.液體金屬能在鑄型中形成中空的圓柱形自由表液體金屬能在鑄型中形成中空的圓柱形自由表面，簡化了套筒、管類鑄件的生產(chǎn)過

2、程。面，簡化了套筒、管類鑄件的生產(chǎn)過程。 2.金屬充填鑄型的能力高。金屬充填鑄型的能力高。 3.補(bǔ)縮條件好，氣體和非金屬夾雜也易于排出，補(bǔ)縮條件好，氣體和非金屬夾雜也易于排出，鑄件組織較致密，缺陷較少。鑄件組織較致密，缺陷較少。 4.減少甚至不用澆注系統(tǒng)和冒口，降低金屬消耗。減少甚至不用澆注系統(tǒng)和冒口，降低金屬消耗。5.鑄件易產(chǎn)生偏析；鑄件內(nèi)表面較粗糙，尺寸不鑄件易產(chǎn)生偏析；鑄件內(nèi)表面較粗糙，尺寸不易控制。易控制。6.可生產(chǎn)雙金屬圓柱形鑄件。可生產(chǎn)雙金屬圓柱形鑄件。離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)離心鑄造的缺點(diǎn)： 鑄件內(nèi)自由表面粗糙，尺寸誤差大，品質(zhì)差。 不適用于密度偏析大的合金（如鉛青銅）及鋁、

3、鎂等輕合金。離心鑄造的應(yīng)用 離心鑄造主要用來大量生產(chǎn)管筒類鑄件大量生產(chǎn)管筒類鑄件，如鐵管、銅套、缸套、雙金屬鋼背銅套、耐熱鋼輥道、無縫鋼管毛坯、造紙機(jī)干燥滾筒等，還可用來生產(chǎn)輪盤類鑄件生產(chǎn)輪盤類鑄件，如泵輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子等。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間的位置根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間的位置立式離心鑄造立式離心鑄造臥式離心鑄造臥式離心鑄造 離心鑄造是是將液體金屬澆入旋將液體金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使之轉(zhuǎn)的鑄型中，使之在離心力的作用下，在離心力的作用下，完成充填和凝固成完成充填和凝固成形的一種鑄造方法。形的一種鑄造方法。臥式離心鑄造臥式離心鑄造主要用來生產(chǎn)主要用來生產(chǎn)長度大于直徑長度大于直徑的套筒類和管的套筒類和管類

4、鑄件。類鑄件。立式離心鑄造立式離心鑄造主要用來生產(chǎn)高度小于直徑的圓主要用來生產(chǎn)高度小于直徑的圓環(huán)類鑄件，有時(shí)也可用此種離心環(huán)類鑄件，有時(shí)也可用此種離心鑄造機(jī)澆注異形鑄件。鑄造機(jī)澆注異形鑄件。 立式離心鑄造 2. 立式離心鑄造機(jī)的鑄型是繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的，如圖4-2所示。它主要用于生產(chǎn)高度小于直徑的圓環(huán)類鑄件，如輪圈和合金軋輥等，有時(shí)也可在這種離心機(jī)上澆注異形鑄件。由于在立式鑄造機(jī)上安裝及穩(wěn)固鑄型比較方便，因此，不僅可采用金屬型，也可采用砂型、熔模型殼等非金屬型。 由于液體金屬是在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)及離心力作用下完成充填、成形和凝固過程的，所以離心鑄造具有如下一些特點(diǎn)： （1） 鑄型中的液體金屬能形成中空?qǐng)A柱

5、形自由表面，不用型芯就可形成中空的套簡和管類鑄件，因而可簡化這類鑄件的生產(chǎn)工藝過程。 （2） 離心力作用，顯著提高液體金屬的充填能力，改善充型條件，可用于澆注流動(dòng)性較差的合金和壁較薄的鑄件。 （3） 有利于鑄件內(nèi)液體金屬中的氣體和夾雜物的排除，并能改善鑄件凝固的補(bǔ)縮條件。因此，鑄件的組織致密，縮松及夾雜等缺陷較少，鑄件的力學(xué)性能好。 （4） 可減少甚至不用冒口系統(tǒng)，降低了金屬消耗。 （5） 對(duì)于某些合金（如鉛青銅等）容易產(chǎn)生重度偏析。 （6） 鑄件內(nèi)表面較粗糙，有氧化物和聚渣產(chǎn)生，且內(nèi)孔尺寸難以準(zhǔn)確控制 （7） 應(yīng)用面較窄，僅適合于外形簡單且具有旋轉(zhuǎn)軸線的鑄件如管、筒、套、輥、輪等的生產(chǎn)。1.

6、液體金屬能在鑄型中形成中空的圓柱形自由表面，液體金屬能在鑄型中形成中空的圓柱形自由表面，簡化了套筒、管類鑄件的生產(chǎn)過程。簡化了套筒、管類鑄件的生產(chǎn)過程。 2.金屬充填鑄型的能力高。金屬充填鑄型的能力高。 3.補(bǔ)縮條件好，氣體和非金屬夾雜也易于排出，鑄補(bǔ)縮條件好，氣體和非金屬夾雜也易于排出，鑄件組織較致密，缺陷較少。件組織較致密，缺陷較少。 4.減少甚至不用澆注系統(tǒng)和冒口，降低金屬消耗。減少甚至不用澆注系統(tǒng)和冒口，降低金屬消耗。5.鑄件易產(chǎn)生偏析；鑄件內(nèi)表面較粗糙，尺寸不易鑄件易產(chǎn)生偏析；鑄件內(nèi)表面較粗糙，尺寸不易控制?？刂啤?.可生產(chǎn)雙金屬圓柱形鑄件?？缮a(chǎn)雙金屬圓柱形鑄件。離心鑄造的特點(diǎn)離心

7、鑄造的特點(diǎn)離心鑄造雙金屬管離心鑄造雙金屬管4.2 離心鑄造原理（鑄件成型特點(diǎn)）4.2.1 離心力場 離心鑄造時(shí)，旋轉(zhuǎn)著的液體金屬占有一定的空間，若在這個(gè)空間中取液體金屬的任一質(zhì)點(diǎn)M，其質(zhì)量為m，旋轉(zhuǎn)半徑為r，旋轉(zhuǎn)角速度為，則在該質(zhì)點(diǎn)上作用著離心力m2r。離心力的作用線通過旋轉(zhuǎn)中心O，指向離開中心的方向。它使金屬質(zhì)點(diǎn)做遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心的徑向運(yùn)動(dòng)。我們可借用地心引力場某些概念來研究離心力場中鑄件的成形特點(diǎn)。離心力場離心力場離心力：離心力： m2r重力：重力：mg有效重度：離心力場中旋轉(zhuǎn)狀有效重度：離心力場中旋轉(zhuǎn)狀態(tài)單位體積物質(zhì)上的離心力。態(tài)單位體積物質(zhì)上的離心力。重力系數(shù)：重力系數(shù)：或：或：mgm2r

8、rOM重度重度 gVmg/rVrm22/grgrG/22GgG 在地心引力場中，單位體積（V）物質(zhì)所受的重力（mg）稱為重度，并以mg/V=g表示；同樣，對(duì)于離心力場來說，作用于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)單位體積（V）物質(zhì)上的離心力m2r/V2r（其中為物質(zhì)的密度）。為了與地心引力場相區(qū)別，我們將稱為“有效重度”。 將離心力場與地心引力場的重度作一比較，并以下式表示： G2rg2rg （4-1） 或 GgG （4-2） 式（4-1）及式（4-2）中的比值G稱重力系數(shù)，它表示旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中物質(zhì)重度增大的倍數(shù)。顯然，離心鑄造時(shí)，在旋轉(zhuǎn)鑄型中的液體金屬的有效重度也將按G的倍數(shù)增大（通常為幾十倍乃至一百多倍），在液體金屬自

9、由表面上的有效重度一般在（210）106Nm-3范圍內(nèi)。總結(jié)總結(jié)離心力場離心力場重度：有效重度：重力系數(shù)：gr2grG/24.2.2 離心力場中液體金屬自由表面的形狀 離心鑄造時(shí)，不必采用型芯就可獲得中空?qǐng)A柱形的鑄件，這是由于澆入旋轉(zhuǎn)鑄型中的液體金屬，在離心力的作用下建立起來的自由表面，冷凝后最終就成為鑄件中空的內(nèi)表面。因此，對(duì)液體金屬自由表面形狀進(jìn)行研究是很有必要的。4.2.2.4.2.2.1 立式離心鑄造時(shí)的液體金屬 自由表面的形成 立式離心鑄造時(shí)的液體金屬自由表面的形成立式離心鑄造時(shí)的液體金屬自由表面的形成mgm2xx0Ky2y1hOx1MxmX2mgY 0Z由歐拉公式：由歐拉公式：0Z

10、dzYdyXdx02mgdyxdxm222xgy 在立式離心鑄造的旋轉(zhuǎn)鑄型中，液體金屬的在立式離心鑄造的旋轉(zhuǎn)鑄型中，液體金屬的自由表面是一個(gè)繞垂直轉(zhuǎn)軸自由表面是一個(gè)繞垂直轉(zhuǎn)軸y的回轉(zhuǎn)拋物面。的回轉(zhuǎn)拋物面。 將液體金屬澆入繞垂直軸y-y旋轉(zhuǎn)的鑄型中，其旋轉(zhuǎn)角速度為，截取其軸向斷面，則可得如圖7-3所示的圖形。設(shè)在液體金屬自由表面上任取一質(zhì)點(diǎn)M，其質(zhì)量為m，在離心力場的作用下，此質(zhì)點(diǎn)在x軸方向作用的離心力為m2x；在y軸方向上作用的力為重力mg。自由表面上每一質(zhì)點(diǎn)都與大氣接觸，所受壓力為一個(gè)大氣壓，所以自由表面是一個(gè)等壓面。 由水力學(xué)中的歐拉公式可知，當(dāng)液體質(zhì)點(diǎn)受力的作用，在等壓面上作微小位移時(shí)，

11、應(yīng)滿足下述條件 Xdx十Ydy十Zdz0 （4-3） 式中 X、Y、Z分別為質(zhì)點(diǎn)M在x、y、z軸方向上所受的力，N； dx、dy、dz分別為質(zhì)點(diǎn)M在x、y、z軸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轉(zhuǎn)面，故可不考慮z方向的作用力。將X及Y值代人式（4-3）得 m2x dx+ mg dy = 0 （4-4） 對(duì)式（4-4）移項(xiàng)積分后，則得如下方程式 （4 -5） 式（4-5）為拋物線方程式，拋物線頂點(diǎn)為坐標(biāo)軸原點(diǎn)。因此可以推論，在立式離心鑄造的旋轉(zhuǎn)鑄型中，液體金屬的自由表面是一個(gè)繞垂直旋轉(zhuǎn)軸y-y的回轉(zhuǎn)拋物面。 由于為一拋物面，使在鑄件頂部x1處的液體金屬層

12、的厚度較薄，而在鑄件底部x0處厚度層較大。可用式（4-5）計(jì)算液體金屬在鑄件高度方向上的壁厚差。222xgy 此式為拋物線方程式，拋物線頂點(diǎn)為坐標(biāo)的原點(diǎn)。因此可推論：立式式離心鑄造時(shí)液體金屬的自由表面為一繞垂直軸的回轉(zhuǎn)拋物面。 求鑄件高度和內(nèi)孔的半徑差：所以： 在一般情況下，征凝固后的立式離心鑄件上應(yīng)有一與液體金屬自由表面相似的內(nèi)表面，但鑄件內(nèi)表面的拋物面形狀常會(huì)被破壞，如下圖所示。4.2.2.2 臥式離心鑄造時(shí)的液體金屬 自由表面的形成 圖4-5 臥式離心鑄造時(shí)液體金屬橫斷面上的自由表面BAm2r0sinm2r0cosyeroxOxOxy離心力離心力Fm2r0Xm2r0cos m2xYm2r

13、0sin m2ym2r0由歐拉公式：由歐拉公式：0ZdzYdyXdx022ydymxdxm2022ryx 在臥式離心鑄造的旋轉(zhuǎn)鑄型中，液體金屬的在臥式離心鑄造的旋轉(zhuǎn)鑄型中，液體金屬的自由表面是一個(gè)繞水平轉(zhuǎn)軸自由表面是一個(gè)繞水平轉(zhuǎn)軸x的圓柱面。的圓柱面。臥式離心鑄造時(shí)的液體金屬自由表面的形成臥式離心鑄造時(shí)的液體金屬自由表面的形成 圖4-5所示為臥式離心鑄造時(shí)截取液體橫斷面的圖形。在自由表面任取一質(zhì)點(diǎn)M，其質(zhì)量為m，若不考慮重力場的影響，則作用在該質(zhì)點(diǎn)的離心力在x軸方向上的分力為X= m2r0cosa= m2x；在y軸方向上的分力為Ym2r0sinam2y；在旋轉(zhuǎn)軸方向上的分力z0。將X、Y、Z分

14、別代入式（4-3），得 m2x dxm2y dy0 （4-6） 將式（4-6）移項(xiàng)積分后，得如下方程式 x 2十y2r02（4-7） 此為圓的方程式，其半徑為液體金屬的內(nèi)半徑r0，圓的中心與液體金屬的旋轉(zhuǎn)軸線相重合。因此，可以推論，臥式離心鑄造時(shí)，如果不考慮重力場的影響，則液體金屬的自由表面為一以旋轉(zhuǎn)軸為軸線的圓柱面。 但由于存在著重力場的影響，所以在臥式離心鑄造時(shí)，液體金屬自由表面（圓柱面）的中心將向下移動(dòng)e距離。因?yàn)橐后w金屬作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬質(zhì)點(diǎn)由最高處（A斷面上的任一點(diǎn)）向最低處（B斷面上的任一點(diǎn)）移動(dòng)時(shí)，在重力場的影響下，其速度將增加；而當(dāng)液體金屬質(zhì)點(diǎn)自B斷面向A斷面運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度將減

15、小。所以液體金屬在斷面A處的圓周線速度A最小，而在斷面B處，圓周線速度B最大。但這種自由表面偏移的情況是不會(huì)在凝固后的鑄件內(nèi)表面上遺留下來的，因?yàn)樵阼T件的凝固過程中，由于它是從外壁向自由表面結(jié)晶的，并且型壁在同一圓周上的冷卻作用基本都是一樣。此外，隨著鑄件凝固過程的進(jìn)行，液體金屬的溫度不斷降低，粘度增大。故當(dāng)液體金屬由A斷面向B斷面的增速會(huì)隨著金屬的粘度的增加而遇到越來越大的阻力。同樣，由B斷面向A斷面的減速運(yùn)動(dòng)也越來越困難。這樣，就使A與B的差值不斷減小。 因此，在臥式離心鑄造時(shí)，液體金屬自由表面偏移的現(xiàn)象將隨著鑄件凝固過程而逐漸消失。最后，鑄件的表面將不會(huì)出現(xiàn)偏心。 當(dāng)不考慮重力場的影響時(shí)

16、： 對(duì)此式積分得： 由此可推臥式離心鑄造時(shí)，如果不考慮重力場的影響，液體金屬的自由表面應(yīng)為以旋轉(zhuǎn)軸為軸線的圓柱面。 由于重力場的影響：根據(jù)水力學(xué)的液體流動(dòng)的連續(xù)性原理： 從而出現(xiàn)圓柱形內(nèi)表面向下偏移的現(xiàn)象。4.2.3 4.2.3 離心壓力離心壓力 離心鑄造時(shí)，在離心力的作用下，液體金屬內(nèi)部和鑄型壁上與重力場一樣，也會(huì)受到液體金屬的壓力作用，這種壓力稱為離心壓力。離心壓力的大小及其分布情況有其本身的特點(diǎn)，現(xiàn)介紹如下。圖4-5 臥式離心鑄造時(shí)離心壓力的計(jì)算roOxyRrdadr)(2)(220222022rrgrrPr)(22022maxrRgpPR離心壓力離心壓力drdzddrrdV2?drdz

17、ddrrm2rrpprrdrdpprdrdrrdrrdzrddrdzddrrdpdrdzddrrFr0022222222222 圖4-5所示為截取臥式離心鑄造鑄型中液體金屬的橫斷面，其外半徑為R，內(nèi)孔半徑為r0，旋轉(zhuǎn)角速度為，則在r處的離心壓力為 （4-8） 式中 液體金屬的重度(N/m3)；g重力加速度 由式（4-8）可知，臥式離心鑄造時(shí)，液體金屬中的等壓面是以旋轉(zhuǎn)軸為軸線的圓柱面，旋轉(zhuǎn)半徑不同，離心壓力值也不同，從自由表面r0起至外徑R處，壓力變化呈拋物線規(guī)律分布，在R處為最大，即 （4-9） PR就是旋轉(zhuǎn)液體金屬對(duì)鑄型壁作用的離心壓力。)(2)(220222022rrgrrpr )(22

18、022rRgpR 由微小單元引起的離心壓力為：忽略dr/2并積分得：因?yàn)閜o=0，所以：外徑R處： 立式離心鑄造時(shí)，同樣可用上式計(jì)算只是需要注意值隨鑄件的高度而變化。4.2.4 液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的徑向運(yùn)液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng)動(dòng) 離心鑄造時(shí)，澆入鑄型的液體金屬并不是均勻單一的，往往會(huì)夾有一些異相質(zhì)點(diǎn)。液體金屬中的異相質(zhì)點(diǎn)主要有：澆注時(shí)隨液體金屬進(jìn)入鑄型的夾雜物或氣體；液體金屬中不能互溶的在合金凝固過程中析出的晶粒和氣體等。這些異相質(zhì)點(diǎn)與液體金屬的重度各不一樣。在重力場中它們的上浮或下沉的速度重可根據(jù)期托克斯公式確定離心力場中： 將兩式相除得：徑向移動(dòng)將使： 有利于夾雜、渣滴和氣孔逸出；

19、補(bǔ)縮容易，有效重度大，不易形成縮孔、縮松的缺陷，組織致密度大； 易出現(xiàn)偏析和雙向凝固現(xiàn)象。液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng)液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng)18)(d212gv重18)(d2212rv離Ggrvv2重離 由式上可知，離心鑄造時(shí)，液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的浮沉速度比重力鑄造時(shí)大G倍。所以重度比液體金屬小的氣體或某些夾雜物就較容易浮至自由表面，這就是離心鑄件中氣孔、夾雜等缺陷可顯著減少的原因。當(dāng)然，在鑄件內(nèi)表面上會(huì)有較多的異相夾雜物存在。 在大多數(shù)情況下，凝固時(shí)析出的晶粒，其重度比液體金屬大。因此離心鑄造時(shí)，析出的晶粒有更大的趨勢向鑄件外表面或結(jié)晶前沿移動(dòng)。同樣，液體金屬中溫度較低的部分也較易向外

20、表面集中。此外離心鑄造的散熱過程又是通過鑄型壁進(jìn)行的。所有這些，都為離心鑄件由外表向內(nèi)表的定向凝固創(chuàng)造了更有利的條件。這樣，促使結(jié)晶層的成長速度增大，縮小了結(jié)晶的固、液相共存區(qū)，減少了鑄件中形成縮孔、縮松的傾向。所以，離心鑄件的組織比一般鑄件致密。4.3 離心鑄件在液體金屬相對(duì)運(yùn)動(dòng)影響 下的凝固特點(diǎn)4.3.1 離心鑄型橫斷面上液體金屬的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 及其對(duì)鑄件結(jié)晶的影響4.3.1.1 離心鑄型橫斷面上液體金屬的相對(duì)運(yùn)動(dòng)1. 臥式離心鑄造時(shí)重力場所引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)2. 由慣性作用所引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)4.3.1.2 離心鑄型橫斷面上液體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不 同情況對(duì)鑄件結(jié)晶過程的影響4.3.2 離心鑄型縱斷面上液體

21、金屬的相對(duì)流動(dòng) 及其對(duì)鑄件結(jié)晶的影響 (2)離心鑄型橫斷面上液體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同情況對(duì)鑄件結(jié)晶過程的影響紊流阻止了異相質(zhì)點(diǎn)在金屬中的正常沉浮，固相區(qū)增厚，形成等軸晶區(qū)。層流使其生長成傾斜狀的柱狀晶。 2、離心鑄型縱斷面上液體金屬的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及其對(duì)鑄件結(jié)晶的影響4.4 離心鑄造機(jī)4.4.1 立式離心鑄造機(jī)立式離心鑄機(jī)立式離心鑄機(jī)離心鑄造鑄鐵件離心鑄造鑄鐵件4.4.2 臥式離心鑄造機(jī) 4.4.2.1 臥式懸臂離心鑄造機(jī)臥式懸臂離心鑄造機(jī)臥式離心鑄機(jī)臥式離心鑄機(jī)臥式離心鑄機(jī)臥式離心鑄機(jī)臥式離心鑄機(jī)臥式離心鑄機(jī)臥式離心鑄機(jī)臥式離心鑄機(jī)4.4.2.2 滾筒式離心鑄造機(jī)滾筒式離心鑄造機(jī) 3、多工位臥式離心鑄造

22、機(jī)4.4.2.3 水冷金屬型離心鑄管機(jī)水冷金屬型離心鑄管機(jī)一一. 特點(diǎn)特點(diǎn) 金屬管模浸在一個(gè)封閉的冷卻水套中，并由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。由于管模的冷卻強(qiáng)度較大，鐵液在離心澆注過程中凝固速度較快，因此具有較高的生產(chǎn)率。 采用扇形包和長流槽進(jìn)行鐵液等量澆注，鑄管的壁厚均勻。 管模內(nèi)表面沒有使用涂層保護(hù)，鑄管的外表面質(zhì)量較高。 由于鐵液在管模內(nèi)的凝固速度較快，金相組織中存在滲碳體，斷面多呈白口，因此球墨鑄鐵管需經(jīng)過高溫退火（大于920）處理，消除滲碳體，獲得一定的伸長率。 機(jī)械化、自動(dòng)化水平很高，對(duì)控制系統(tǒng)的精度要求很高。 管模的使用壽命不高，一般使用次數(shù)為鑄造30005000根。 由于水冷金屬型離心鑄管

23、機(jī)具有以上特點(diǎn)，目前已普遍在801000mm的鑄管生產(chǎn)中應(yīng)用，是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣泛的離心鑄管方法。二二. 水冷金屬型離心鑄管機(jī)結(jié)構(gòu)水冷金屬型離心鑄管機(jī)結(jié)構(gòu) 水冷金屬型離心鑄管機(jī)的結(jié)構(gòu)總圖如圖4-6所示，它由機(jī)座、澆注系統(tǒng)、離心機(jī)、拔管裝置、運(yùn)管小車、橋架、液壓站、控制系統(tǒng)8個(gè)部分組成。圖4-6 水冷金屬型鑄管機(jī)結(jié)構(gòu)圖1-澆注系統(tǒng)；2-機(jī)座；3-離心機(jī)；4-拔管機(jī)；5-液壓站；6-橋架；7-運(yùn)管小車；8-控制系統(tǒng) 三三. 離心鑄管機(jī)主體結(jié)構(gòu)離心鑄管機(jī)主體結(jié)構(gòu) 水冷金屬型離心鑄管機(jī)主體由旋轉(zhuǎn)裝置、上芯裝置、機(jī)身、冷卻系統(tǒng)、電機(jī)機(jī)座五個(gè)部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖4-8所示。圖4-8 水冷金屬型離心鑄管機(jī)

24、主體結(jié)構(gòu)1-上芯裝置；2-旋轉(zhuǎn)裝置；3-電機(jī)固定座；4-機(jī)身；5-冷卻系統(tǒng) （1）旋轉(zhuǎn)裝置 旋轉(zhuǎn)裝置（俗稱機(jī)頭）是帶動(dòng)管模旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，它具備三個(gè)功能：支承功能、旋轉(zhuǎn)功能和密封功能，其結(jié)構(gòu)如圖4-9所示。圖4-9 機(jī)頭旋轉(zhuǎn)裝置1-擋水環(huán)；2-迷宮式密封圈；3-封水環(huán)；4-旋轉(zhuǎn)密封盤；5-軸承支撐環(huán)；6-軸承；7-軸承密封板；8-管模對(duì)中環(huán)；9-管模；10-帶輪 （2）上芯裝置 離心機(jī)在澆注前須將承口砂芯裝入管模承口處，并通過定位的機(jī)械手壓緊。上芯裝置由轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)和砂芯支承機(jī)構(gòu)三部分組成，其結(jié)構(gòu)可參考其它資料。 （3）機(jī)身 機(jī)身即離心機(jī)的主體部分，如圖4-10所示，機(jī)身包括機(jī)殼、車輪、電動(dòng)

25、機(jī)固定座、V形托輥及插口部分。圖4-10 機(jī)身結(jié)構(gòu)簡圖1-插口部分；2-機(jī)殼；3-車輪；4-V形托輥；5-電機(jī)底座 四四. 水冷金屬離心鑄管機(jī)冷卻系統(tǒng)水冷金屬離心鑄管機(jī)冷卻系統(tǒng) 水冷離心鑄管機(jī)的冷卻系統(tǒng)直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量。如果冷卻不均勻，鑄管的溫差過大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力不一致，管體將產(chǎn)生熱裂紋。為保證冷卻均勻，在機(jī)殼內(nèi)均勻布置圓弧形噴淋冷卻管，80300mm，400700mm的離心機(jī)通常布置911組噴淋冷卻管。8001000mm的離心機(jī)由于鑄管熱容量較大，噴淋冷卻管則分段設(shè)置，并在管模的外部設(shè)置隔離套，避免各段的冷卻水相互影響。五五. 水冷金屬型離心鑄管機(jī)澆注裝置水冷金屬型離心鑄管機(jī)澆注裝置 離心

26、鑄管機(jī)澆注裝置如圖4-11所示，主要包括澆注框架、扇形包、流槽、模粉輸送裝置、隨流孕育裝置和澆注橫移機(jī)構(gòu)。澆注時(shí)，扇形包繞著固定軸旋轉(zhuǎn)，提供均勻穩(wěn)定的鐵液流，從而在主機(jī)一定的移動(dòng)速度下保證管壁的均勻性。80700mm的離心機(jī)的流槽裝置是雙工位，當(dāng)一支流槽在澆注時(shí)，另一支翻轉(zhuǎn)180，倒掉其中的殘鐵液，準(zhǔn)備在下次澆注時(shí)使用。模粉輸送裝置在澆注過程中通過螺旋給料器和氣動(dòng)輸送裝置把料箱中的模粉送入管模內(nèi)。隨流孕育裝置是在澆注過程中利用振動(dòng)給料器把孕育劑均勻地加入到流槽的鐵液中。澆注橫移機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)流槽交替工作的機(jī)構(gòu)，當(dāng)一個(gè)流槽澆注完成后，橫移機(jī)構(gòu)帶著流槽移出，另一個(gè)流槽進(jìn)入離心機(jī)中心線準(zhǔn)備澆注。80

27、01000mm的離心機(jī)由于生產(chǎn)率不高，有時(shí)間清理流槽，因此可采用單流槽澆注。圖4-11 離心鑄管機(jī)澆注裝置1-澆注框架；2-隨流孕育裝置；3-澆注槽；4-流槽；5-噴粉管；6-小車門調(diào)整裝置；7-山形軌道；8-橫移機(jī)構(gòu)；9-平行軌道；10-扇形包；11-小車橫移液壓缸 六六. 水冷金屬型離心鑄管機(jī)拔管及運(yùn)管裝置水冷金屬型離心鑄管機(jī)拔管及運(yùn)管裝置 （1） 拔管裝置及工作原理 水冷金屬型離心鑄管機(jī)的拔管裝置是由拔管鉗及拔管鉗張緊液壓缸、拔管主液壓缸及導(dǎo)向裝置、機(jī)座組成，結(jié)構(gòu)如圖4-12所示。圖4-12 拔管裝置結(jié)構(gòu)圖1-拔管導(dǎo)向裝置；2-主液壓缸；3-張緊液壓缸；4-拔管鉗；5-離心機(jī)；6-離心機(jī)

28、主液壓缸；7-機(jī)座 拔管的工作原理是：離心機(jī)澆注完成后，停在拔管裝置前，拔管裝置的拔管主液壓缸2開始工作，受拔管導(dǎo)向裝置1的限制，拔管鉗4及拔管鉗張緊液壓缸3沿鑄管中心線向前移動(dòng)，將拔管鉗伸入到鑄管承口端直管部位。隨后，拔管鉗張緊液壓缸開始工作，推動(dòng)鉗芯向前運(yùn)動(dòng)，使得拔管鉗的三個(gè)鉗塊同時(shí)徑向張開，撐住鑄管內(nèi)壁，拔管鉗主液壓缸后退，同時(shí)離心機(jī)主液壓缸6動(dòng)作，將鑄管從管模內(nèi)拔出。 （2）接管裝置 接管裝置是由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)臂組成，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)臂在外力作用下能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)90，并能自動(dòng)回位。調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臂的高低，可接不同規(guī)格的鑄管。旋轉(zhuǎn)臂的一端設(shè)置有舉升液壓缸，舉升液壓缸動(dòng)作時(shí)使得鑄管沿旋轉(zhuǎn)臂滾到運(yùn)管小車上。 （3）

29、 擋管裝置 擋管裝置的作用是起緩沖作用，使鑄管平穩(wěn)地落在運(yùn)管小車上。擋管裝置由兩個(gè)擋柱組成，擋柱后面裝有可調(diào)緩沖器。4.5 4.5 離心鑄造工藝離心鑄造工藝離心鑄造的工藝要點(diǎn)主要有： 1） 首先根據(jù)鑄件要求確定鑄型轉(zhuǎn)速，這是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的首要條件。澆注前調(diào)好轉(zhuǎn)速，澆注過程中嚴(yán)格控制變速范圍。 2）鑄型須經(jīng)過清理、預(yù)熱，再上涂料。上涂料時(shí)要嚴(yán)格控制鑄型溫度和涂料厚度。 3）澆注時(shí)嚴(yán)格掌握合金液的溫度，定量準(zhǔn)確，控制好澆注速度。 4）鑄件冷卻要嚴(yán)格掌握水冷時(shí)間和冷卻強(qiáng)度。4.5.1 鑄型的轉(zhuǎn)速鑄型的轉(zhuǎn)速 鑄型轉(zhuǎn)速是離心鑄造工藝的主要內(nèi)容。鑄型轉(zhuǎn)速的選擇主要應(yīng)考慮如下三方面的問題： （1） 保證液體

30、金屬進(jìn)入鑄型后，能迅速充滿 成形。 （2） 保證獲得良好的鑄件內(nèi)部質(zhì)量，避免出 現(xiàn)縮孔、縮松、夾雜和氣孔等。 （3） 防止產(chǎn)生偏析、裂紋等缺陷。 在實(shí)際生產(chǎn)中，為了獲得組織致密的鑄件，可根據(jù)液體金屬自由表面（相應(yīng)為鑄件的內(nèi)表面）上的有效重度值或重力系數(shù)G值來確定鑄型的合適轉(zhuǎn)速。因?yàn)殍T件內(nèi)表面上的及G值為最小，若已能滿足質(zhì)量要求則在其它部位的質(zhì)量也能得到保證。 由前述可知，自由表面上的金屬質(zhì)點(diǎn)的有效重度為2r0，則 （8-13） 式中 n鑄型的轉(zhuǎn)速（rmin-1）； 、分別為液體金屬的有效重度和重度（Nm-3） r0鑄件內(nèi)表面的半徑(m)。 因?yàn)?/ G，故式（8-13）可改寫成 （8-14）

31、09 .29rn 09 .29rGn 若取式（8-14）中29.9/G C，則可得 （8-15） 式（8-13）、式（8-14）及式（8-15）為實(shí)際生產(chǎn)和有關(guān)文獻(xiàn)中常見的鑄型轉(zhuǎn)速計(jì)算公式。公式中的、G和C值根據(jù)所澆注的合金種類、鑄件的形狀特征和所采用的離心鑄造工藝而定，一般對(duì)直徑較小的鑄件和采用金屬型時(shí)可取較大值；當(dāng)合金結(jié)晶區(qū)間較窄，或采用砂型立式離心鑄造時(shí)，可取較小值；、G和C值可查相關(guān)的文獻(xiàn)。0rCn 前蘇聯(lián)康斯坦丁諾夫JI.C根據(jù)式（8-15），經(jīng)試驗(yàn)后提出：不論液體金屬的種類如何，只要在液體金屬自由表面上的有效重度3.33106Nm-3，就能保證獲得組織致密的鑄件。據(jù)此可推導(dǎo)出鑄型轉(zhuǎn)

32、速的計(jì)算公式 （8-16） 式中 的單位為Nm-3，r0的單位為m。 選擇鑄型轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)以保證液體金屬能充滿成形和獲得組織致密的優(yōu)質(zhì)鑄件為原則。過高的鑄型轉(zhuǎn)速將導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生縱向裂紋和偏析，在采用砂型離心鑄造時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)脹砂、粘砂甚至跑火等缺陷，此外，也不利于安全生產(chǎn)。 055200rn4.5.2 離心鑄造用鑄型4.5.2.1 臥式懸臂離心鑄造機(jī)上的金屬鑄型4.5.2.2 滾筒式離心鑄造機(jī)上的金屬鑄型4.5.3 涂料涂料1）涂料的作用 使金屬液不直接接觸模具，改善鑄件的成形和凝固狀況，改善鑄件質(zhì)量。 保護(hù)模具，減緩對(duì)鑄型的沖擊和熱作用，延長模具使用壽命。 減少激冷，防止鑄鐵件產(chǎn)生白口。 填鋪模具

33、，使模具上存在的小孔、裂紋等填平，以免窩氣，防止鑄體產(chǎn)生氣孔。涂料層有利于氣體的排除。2）對(duì)涂料的要求 較好的保溫性，導(dǎo)熱性要低。 較高的耐火性，耐高溫而不熔化（也不產(chǎn)生氣體，一般不與合金起化學(xué)反應(yīng)）。 高溫強(qiáng)度好，能經(jīng)得起高溫合金的沖擊，容易脫模。離心鑄造用涂料配方舉例見下表。鑄鐵缸套的涂料（砂襯）4.5.4 離心澆注工藝4.5.4.1 液體金屬 的定量4.5.4.2 液體金屬進(jìn)入鑄型的方向4.5.4.3 模具工作溫度（澆注時(shí)模溫）模具工作溫度（澆注時(shí)模溫） 模子在開始澆注之前要預(yù)熱，使其溫度逐漸提高，充分干燥，避免澆注時(shí)產(chǎn)生氣體，減少對(duì)合金的激冷作用，同時(shí)也減緩對(duì)模子的熱激。從而提高鑄件質(zhì)

34、量，保護(hù)模具。預(yù)熱方法：煤氣和油等燃燒加熱；木柴、焦炭等燃燒加熱；上窯加熱；內(nèi)模可放在爐上烘烤或用紅鐵塊等加熱。預(yù)熱須力求均勻。 在連續(xù)生產(chǎn)過程中根據(jù)鑄件的質(zhì)量要求和生產(chǎn)條件，鑄型（模子）需維持一定的工作溫度，從而調(diào)節(jié)對(duì)合金（如鑄鐵）的激冷作用，保證鑄件質(zhì)量、提高模具使用壽命。4.5.4.4 4.5.4.4 合金澆注溫度 澆注溫度與材質(zhì)、鑄件質(zhì)量及鑄型條件等有關(guān)。 如澆注溫度過低可能引起局部缺澆、冷隔、夾雜等缺陷。如澆注溫度過高可能引起縮孔、縮松、氣孔及晶粒粗大等缺陷，而且不利于保護(hù)模具。有關(guān)合金的澆注溫度確定可參考其它資料。4.5.4.5 澆注速度 澆注速度對(duì)鑄件質(zhì)量有一定影響。開始澆注時(shí)應(yīng)

35、使合金液很快鋪滿鑄型，在不影響轉(zhuǎn)速的情況下快些澆注為好（含鉛較高的銅合金除外，因?yàn)檗D(zhuǎn)速高，離心力大，容易產(chǎn)生偏析），鑄件越大澆注速度也應(yīng)增大。 澆注速度參見表4-2和表4-3。表4-2 銅合金澆注速度表4-3 鑄鐵和鑄鋼澆注速度4.5.4.6 鑄件脫模溫度 它與鑄件材質(zhì)、質(zhì)量和冷卻方式有關(guān)。一般說來鑄件完全凝固以后后即可停車取出鑄件，或連同鑄型同時(shí)取下。實(shí)際中觀察鑄件內(nèi)表面呈暗紅色即可。4.5.5 幾種離心鑄件的鑄造工藝 4.5.5.1 小型氣缸套的離心鑄造4.5.5.2 離心鑄造鐵管 砂型離心鑄造鑄鐵管 金屬型離心鑄造鐵管4.5.5.3 離心鑄造水泵葉輪4.5.5.4 離心鑄造雙金屬軸瓦、雙金屬軋輥離心鑄造雙金屬管離心鑄造雙金屬管氣缸套的離心鑄造工藝實(shí)例氣缸套的離心鑄造工藝實(shí)例 1. 鑄鐵氣缸套的特點(diǎn)及分類鑄鐵氣缸套的特點(diǎn)及分類 缸套是發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要零件，它與活塞環(huán)組成一對(duì)摩擦副。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，它既受到劇烈的機(jī)械摩擦和熱應(yīng)力的作用，還受到氣缸內(nèi)部燃燒生成物和周圍冷卻介質(zhì)的化學(xué)腐蝕。因此要求氣缸套