滾輪式離心鑄造機(jī)設(shè)計(jì)

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1、云南機(jī)電職業(yè)技術(shù) 牛業(yè)設(shè)計(jì)（論丈丿任務(wù)書 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù) 學(xué)院 材料成型與控制技術(shù) 專業(yè) 09171 班 學(xué)生：張宇 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 滾輪式離心鑄造機(jī)設(shè)計(jì) 課題的意義及培養(yǎng)目標(biāo)：離心鑄造機(jī)屬特種鑄造的金屬成型的方法之一。 它的原理是金屬液體在離心離的作用下，不用型芯即可澆鑄空新件， 省去澆注系統(tǒng)和冒口;令鐵，節(jié)約了大量的金屬，省去造型的工時(shí)。這樣就降 低工件成本，并可制造雙金屬件，質(zhì)量可靠。采用這種方法生產(chǎn)的銅套和鐵 套，工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)效率高，是機(jī)械成型先進(jìn)的工藝。學(xué)生通過此項(xiàng)設(shè)計(jì)， 加深對(duì)工裝設(shè)備設(shè)計(jì)過程的了解。是他們的綜合能力的培養(yǎng)得以提高，為今 后的工作做好充分的準(zhǔn)備

2、。 設(shè)計(jì)（論文）所需收集的原始數(shù)據(jù)與資料：離心鑄造手冊(cè) 鑄型轉(zhuǎn)速： 500——800i7min 鑄件最大尺寸： 500X2000 課題的主要任務(wù)（須附有技術(shù)指標(biāo)要求）： 1鑄型設(shè)計(jì) 2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3控制系統(tǒng) 4澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5畢業(yè)論文說明書1份 設(shè)計(jì)進(jìn)度安排及完成的相關(guān)任務(wù)（以教學(xué)周為單位）: 周 次 設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及要求 1——7 在外地逬行畢業(yè)實(shí)習(xí) 8 10 收集相關(guān)資料 11——12 討論并確定相應(yīng)方案 13 17 整體設(shè)計(jì)，繪制圖紙 18 20 寫岀畢業(yè)論文說明書 學(xué) 生：張宇 指導(dǎo)老師：蔡云秀 鑄造是一種液態(tài)金屬

3、成型的方法。鑄件已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門和日常生活中， 其中通過離心鑄造而成的鑄件占相當(dāng)大的比重，離心鑄造是將金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄 型中，在離心力作用下填充鑄型而凝固成形的一種鑄造方法，離心鑄造是在離心機(jī) 上進(jìn)行的。離心鑄造分為立式和臥式兩種，臥式滾輪式離心鑄造機(jī)包括：鑄型，澆 注系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)，以及電器控制系統(tǒng)兒個(gè)部分。其工作過程包括：涂料，澆注， 冷卻，拔模，本設(shè)計(jì)利用現(xiàn)有的一些新元件對(duì)鑄造機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并采用PLC進(jìn) 行控制，使之操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，性能提升。 關(guān)鍵詞：鑄造；澆注系統(tǒng)；離心鑄造機(jī)；電器控制系統(tǒng) 目錄 第一章緒論 1 1. 1概述 1 1.2離心鑄造機(jī)的發(fā)展過程 1

4、 1.3離心鑄造機(jī)的分類及應(yīng)用 2 1.4離心鑄造的特點(diǎn) 3 1.5離心鑄造基本原理 3 1.6離心鑄造發(fā)展前景 4 第二章滾輪式離心鑄造機(jī)的原理分析 5 2. 1離心力 5 2. 2離心力場(chǎng) 5 2. 3有效重度 5 2.4自由表面 5 2. 5離心壓力 7 2. 6液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng) 9 2. 7離心鑄造的縮補(bǔ) 10 2. 8離心鑄件的凝固特點(diǎn) 10 第三章離心鑄造工藝 14 3.1離心鑄型轉(zhuǎn)速選擇 14 3.2離心鑄造用鑄型 14 3. 3涂料 15 3.4澆注 15 3. 5拔管 15 3.6清理與準(zhǔn)備 15 第四章離心鑄管常見缺陷分

5、析 16 4. 1橫向壁厚不均 16 4.2縱向壁厚不均 16 4. 3氣孔與針孔 16 4.4裂紋斷裂 17 4. 5龜紋 17 4.6凹陷 18 4.7滲漏 18 第五章金屬鑄型設(shè)計(jì) 20 5. 1臥式滾筒離心機(jī)的特點(diǎn) 20 5. 2鑄型類型選擇 20 5. 3鑄型各組成部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 5. 4鑄型型體設(shè)計(jì) 21 5. 5鑄型段蓋和端蓋緊固裝置設(shè)計(jì) 21 5. 6鑄型滾道設(shè)計(jì)和定位 22 5. 7澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 第六章鑄造機(jī)的參數(shù)與計(jì)算 24 6. 1鑄型轉(zhuǎn)速的選擇 24 6. 2鑄型壁厚 24 6. 3離心壓力 25 6.4電機(jī)功率選擇 2

6、5 6. 5帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 26 第七章控制系統(tǒng)的編程控制 30 7. 1梯形圖 30 第八章操作安全注意事項(xiàng) 31 結(jié)束語(yǔ) 32 致謝 32 參考文獻(xiàn) 第一章緒論 1.1概論 鑄造是一種液態(tài)金屬成型的方法。在各種鑄造方法中，用的最普遍的是砂型鑄 造，這是因?yàn)樯靶丸T造不僅鑄件批量的大小，不受限制，而且鑄件的形狀，尺寸， 重量及合金種類兒乎都不受限制。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)水平的不斷提高以及人類社會(huì)生的需要，對(duì)鑄 造生產(chǎn)提出了一系列新的，更高的要求，歸納起來，主要有如下三個(gè)方面： 1, 要求大量生產(chǎn)同類型，高質(zhì)量而且穩(wěn)定性的鑄件，進(jìn)一步提高鑄件的表面 光潔程

7、度，尺寸精度以及內(nèi)在質(zhì)量和機(jī)械性能； 2, 進(jìn)一步簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝過程，縮短生產(chǎn)周期，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程機(jī)構(gòu)化, 自動(dòng)化，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件； 3, 減少生產(chǎn)原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本。 為了實(shí)現(xiàn)上述要求，近兒十年來，鑄造工作者在繼承，發(fā)展古代鑄造技術(shù)和應(yīng)用 近代科學(xué)技術(shù)成就的基礎(chǔ)上，發(fā)明了許多新的鑄造方法，為了有別于砂型鑄造，人 們把這些新的鑄造方法統(tǒng)稱為特種鑄造。最常見的有如下兒種： 1, 熔模鑄造 2, 金屬型鑄造 3, 壓力鑄造 4, 離心鑄造 5, 陶瓷型鑄造 6, 低壓鑄造 7, 液體金屬?zèng)_壓 8, 真空吸鑄 9, 連續(xù)鑄造，等等

8、 特種鑄造就是在造型材料，造型方法，金屬液的充型形式和金屬在型中的凝固條件 等方面與普通砂型鑄造有顯著差別的鑄造方法。 離心鑄造是將液體金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使之在離心力作用下，完成填充和 凝固成型的一種鑄造方法。為實(shí)現(xiàn)這種工藝過程，必須采用專門的設(shè)備一一離心鑄 造機(jī)（簡(jiǎn)稱離心機(jī)），提供使鑄型旋轉(zhuǎn)的條件。 1.2離心鑄造機(jī)的發(fā)展過程 離心鑄造發(fā)展至今已有兒十年的歷史，第一個(gè)專利是1809年由英國(guó)人Erchardt 提出的，直到上世紀(jì)初才逐步推廣于工業(yè)生產(chǎn)。我國(guó)30年代開始采用于生產(chǎn)鑄鐵管。 現(xiàn)在離心鑄造已經(jīng)是一種應(yīng)用廣泛的鑄造方法，常用于生產(chǎn)鑄管，銅套，缸套，雙 金屬鋼背銅套等。對(duì)于像雙

9、金屬軋鎧，加熱爐滾道，造紙及干燥滾筒及異型鑄件（如 葉輪）等，釆用離心鑄造也十分有效。H前已有高度機(jī)械化，自動(dòng)化的離心鑄造機(jī), 有年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬噸的機(jī)械化離心鑄管廠。 在離心鑄造中，鑄造合金的種類兒乎不受限制。對(duì)于中空鑄件，其內(nèi)徑最小為 8mm,最大為3000mm,鑄件長(zhǎng)度最大為8000mm,重量最小為兒克（金屬牙），最大可 達(dá)兒十噸。 「3離心鑄造機(jī)的分類與應(yīng)用 近年來，離心鑄造機(jī)發(fā)展很快，類型日益增多，因而分類方法也很多。 根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)軸在空間位置的不同，常用的離心機(jī)分為： （一） 立式離心鑄造機(jī) （二） 臥式離心鑄造機(jī) 立式離心鑄造的鑄型是繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的，如圖1-1所示，在

10、這種機(jī)器上的鑄造 過程稱為立式離心鑄造。它主要用于生產(chǎn)高度小于直徑的圓環(huán)類鑄件。由于在這種 機(jī)器上安裝及穩(wěn)固鑄型比較方便，因此，不僅可以采用金屬型，也可采用砂型，熔 模型殼等非金屬型。 臥式離心鑄造機(jī)的鑄型是繞水平軸旋轉(zhuǎn)的，如圖1-2所示，在這種機(jī)器上的鑄 造過程成為臥式離心鑄造。它主要用來生產(chǎn)長(zhǎng)度大于直徑的套筒類或管類鑄件。 1-澆包2-鑄型3-液體金屬4-皮帶輪和皮帶5-旋轉(zhuǎn)軸6-鑄件7-電動(dòng)機(jī) 1 圖1-2臥式離心鑄造示意圖 1-澆包2-澆注槽3-鑄型4-液體金屬5-端差6-鑄件 其中，臥式離心鑄造乂可以分為：1,懸臂臥式離心鑄造；2,在滾筒式離心鑄造 機(jī)上的

11、臥式離心鑄造；3,水冷金屬離心鑄管。 立式離心鑄造可分為：1,圓環(huán)形鑄件的立式離心鑄造；2,成形鑄件的立式離 心鑄造。 1.4離心鑄造的特點(diǎn) 由于離心鑄造時(shí)，液體金屬是在旋轉(zhuǎn)情況下充填鑄型并進(jìn)行凝固的，因而離 心鑄造便具有下述的一些特點(diǎn)： 1） 液體金屬能在鑄型中形成中空的圓柱形自由表面，這樣便可不用型芯就 能鑄出中空的鑄件，大大簡(jiǎn)化了套筒，管類鑄件的生產(chǎn)過程； 2） 由于旋轉(zhuǎn)時(shí)液體金屬所產(chǎn)生的離心力作用，離心鑄造工藝可提高金屬充 鎮(zhèn)鑄型的能力，因此一些流動(dòng)性較差的合金和薄壁鑄件都可用離心鑄造法生產(chǎn)； 3） 由于離心力的作用，改善了補(bǔ)縮條件，氣體和非金屬夾雜也易于自液體 金屬中排出

12、，因此離心鑄件的組織較致密，縮孔（縮松）、氣孔、夾雜等缺陷較少； 4） 消除或大大節(jié)省澆注系統(tǒng)和冒口方面的金屬消耗； 5） 鑄件易產(chǎn)生偏析，鑄件內(nèi)表面較粗糙。內(nèi)表面尺寸不易控制。 1.5離心鑄造基本原理 根據(jù)力學(xué)中的慣性原理，處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的金屬液質(zhì)點(diǎn)相應(yīng)地產(chǎn)生了離心力， 所以金屬液在離心力作用下凝固成形式離心鑄造的一大特點(diǎn)。 1.6離心鑄造的發(fā)展前景 鑄型的大小可由零點(diǎn)兒公斤至十多噸，其最小的壁厚優(yōu)于同類的常壓鑄 造，鑄件材料決定鑄件的表面粗糙度和鑄件尺寸，金屬收縮率可達(dá)到85?95%, 投產(chǎn)的合適最小批量為100?10000件，生產(chǎn)率可達(dá)高中機(jī)械化程度。 由于離心鑄造的上述優(yōu)

13、點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛，在生產(chǎn)一些管、套類鑄件 如鑄鐵管、銅套、缸套、雙金屬鋼脊銅套時(shí)，離心鑄造兒乎是最主要的方法。 此外在耐熱鋼管道、特殊無縫鋼管、毛坯、造紙機(jī)干燥滾筒等方面，離心鑄 造將發(fā)揮更大的作用。 第二章 滾輪式離心鑄造機(jī)的原理分析 2. 1離心力 作用在旋轉(zhuǎn)體上的離心力與旋轉(zhuǎn)半徑成正比，與角速度的平方成正比： 廠 2 、 F = mco r (2-1) 如旋轉(zhuǎn)速度以r/min為單位，則 勿/30 (2-2) 2 F =O.Olmrn~ (2-3) n一為金屬液質(zhì)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)速度(r/min) r一液體金屬任意點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑(cm) g—重力加速度 m—金屬液質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)

14、量(kg) 2. 2離心力場(chǎng) 在旋轉(zhuǎn)液體所占空間中，每一質(zhì)點(diǎn)都受到離心力〃⑷［的作用，因此，可把這一 空間稱為離心力場(chǎng)。其中。為離心力加速度，方向遠(yuǎn)離旋轉(zhuǎn)中心。 2.3有效重度 離心力場(chǎng)中單位體積液體金屬的質(zhì)量就是它的密度。伙g/’J),這部分液體金屬 產(chǎn)生的離心力成為有效重度/=pafr = yaf/S (N/m\。 式中：了一金屬的重度(N/n?) 該式表明旋轉(zhuǎn)金屬液的有效重度比在重力場(chǎng)中的重度大"g倍。 2. 4自由表面 圖1-2所示為臥式離心鑄造時(shí)，在自由表面上任取一個(gè)質(zhì)點(diǎn)M,其質(zhì)量為m,若 不考慮重力場(chǎng)的影響，則作用在該質(zhì)點(diǎn)的離心力為在X軸方向上的分力

15、為： o 2 、 X = m(D^cosa = mco x (2一4) 在Y軸方向上的分力為： 2 2 Y = mco~sum = mco y (2-5) 在旋轉(zhuǎn)軸方向上的分力為： Z = 0 (2-6) 有水力學(xué)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)，應(yīng) 滿足下述條件： Xd(+Yd、+Zd： =0 (2-7) 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，£，厶，心分別為質(zhì)點(diǎn)M在 x, y, z軸方向上微小位移的投影。 將(2-4)、(2-5)、(2-6)代入式(2-7),得： mco1 xd v + mco1 yd

16、、= 0 (2-8) 將式(2-8)移項(xiàng)積分后，得如下方程式： (2-9) 2 2 2 % +y =々) 此為圖2-1的方程式，其半徑為液體的內(nèi)半徑，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(chǎng)的影響，則液體金屬的 自由表面位移旋轉(zhuǎn)軸為軸線的圓柱面。 圖2-1為臥式離心鑄造時(shí)，液體金屬自由表面的形狀 實(shí)際上山于存在著重力場(chǎng)的影響，所以在臥式離心鑄造時(shí)液體金屬邊面(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)從最高處(A 端面上的一點(diǎn))向最低處(B端面上任一點(diǎn))移動(dòng)時(shí)，在重力場(chǎng)的影響下，其速度 將增加，而當(dāng)液體金屬

17、質(zhì)點(diǎn)自A端面向B端面移動(dòng)時(shí)，其速度將增大，所以液體金 屬在A端面處的圓周線速度匕最小，而在B段面上，圓周線速度％最大，即匕 ＜嶺。 根據(jù)水力學(xué)的連續(xù)流原理，可把水平旋轉(zhuǎn)液體金屬的運(yùn)動(dòng)視為在有自山表面和鑄型 所組成的封閉圓環(huán)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。所以應(yīng)得： 吒=\弟 (2-10) 式中你、幾為A、B兩斷面的面積。 有前可知V <V,,,所以Fa>Fl>o在臥式離心鑄造時(shí)，因鑄件長(zhǎng)度在各處都為一 定值，所以液體金屬在作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)就自動(dòng)地調(diào)整A、B兩端面處的厚度，A端面處 的厚度增加，B端面處的厚度減薄，從而出現(xiàn)液體金屬圓柱形自由表面向下偏移的 現(xiàn)象，其軸線下移e值。 這種自由表面向下

18、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 為在鑄件凝固的過程中，由于它是從外壁向自由表面結(jié)晶的，并且壁型在同一圓周 上的冷卻作用基本都是一樣的，靠近內(nèi)表面一側(cè)的液體金屬環(huán)的厚度將以同樣的冷 卻速度減薄。如將式(2-10)改寫為： ^h=VaVh <2-11) 則在凝固過程中，由于A端面上的殘留層與B端面上的殘留層間的厚度差別會(huì) 逐漸減小，顯然式2-11中的匕/%值也相應(yīng)的減少。為了滿足式2-11的要求，A、B 兩端面處的殘留液層的端面面積值你、仇就相應(yīng)的相互接近，亦即B端面處的殘留 液體層的厚度自動(dòng)調(diào)整至與A端面處的殘留液體層的厚度相等，自由表面的偏移現(xiàn) 象隨著鑄件凝固的

19、增長(zhǎng)而逐漸消失。 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，故金 屬液體曲A端面向B端面的運(yùn)動(dòng)會(huì)隨著金屬粘度的增加而遇到越來越大的阻力。同 樣，有B端面向A端面的減速運(yùn)動(dòng)也越來越難以進(jìn)行。這樣，就使匕與％的差值不 斷減小。因此在臥式離心鑄造時(shí)，液體金屬自山表面的偏移現(xiàn)象將隨著鑄件凝固的 過程而逐漸消失，最后，鑄件的內(nèi)表面將不會(huì)出現(xiàn)偏心。 至于在實(shí)際生產(chǎn)中所遇到的鑄件內(nèi)表面偏心現(xiàn)象，主要是由于鑄型的軸線與離 心鑄造機(jī)不重合而引起的。 2. 5離心壓力 離心鑄造時(shí)，液體金屬內(nèi)部的重力場(chǎng)與鑄件壁上的重力場(chǎng)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

20、的大小及分布情況由其本身的 特點(diǎn)決定，現(xiàn)介紹如下： 圖2-2所示為截取臥式離心鑄型中液體金屬的橫斷面，其外徑為R,內(nèi)徑為心，旋轉(zhuǎn) 速度為0,現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)的液體金屬中取一微小單元，其旋轉(zhuǎn)半徑為廠，厚度為力，外邊 邊長(zhǎng)為內(nèi)邊邊長(zhǎng)為r-r/r/2,故微小單元的平均寬度為(r-dr/2)da ,如該單元 在軸向上的長(zhǎng)度為邊，則該單元的質(zhì)量m = p(r-dr/2)dadrdz ,質(zhì)量中心處于旋轉(zhuǎn)半 徑為(r-Jr/2)的圓弧上，因此，這一微小單元所受的離心力為(r-dr/2ydadrdz.,這 一離心力作用在為小單元旋轉(zhuǎn)半徑廣處的液體金屬面處，該面的面積為drdadz ,所 以，有微小單元所受離心力

21、引起的離心壓力為： dp = rdadz. dr (2-12) 式2-12中故可把d/?/2忽略不計(jì), 則式2-12變?yōu)? (2-13) dp = pctf rdr 對(duì)于2-13中，取心至r處的定積分，得: [dp = pco2[}rdr (2-14) 對(duì)式2-14中％、必各為自由表面和t處的離心壓力。所以, 甘萼宀宀冬（「F） （2-15） 2 2g 式中 廠一液體金屬的重度 g—重力加速度 山式2-15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)半徑不同時(shí)，離心壓力值也不同，從自曲表面心處起至外徑廠處，壓力變化成

22、拋 物線規(guī)律分布，在R處為最大，即: (2-16) 幾一就是旋轉(zhuǎn)中液體金屬對(duì)旋轉(zhuǎn)型壁作用的離心力 2. 6 M攵體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng) 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合金組元即凝固過程中分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(chǎng)中，它們的上浮或下沉的速度V可根據(jù)斯 托克斯公式確定，即： V = —(2-17) 18 77 式中v——顆粒的沉浮速度，正值為沉，負(fù)值為浮； d——異相質(zhì)點(diǎn)顆粒的直徑； °——金屬液的密度； p2——異相質(zhì)點(diǎn)顆粒的密度； “——金屬液的動(dòng)力粘度

23、。 若p{>p2, v值為正，為異相質(zhì)點(diǎn)的下沉速度；如P\S，v值為負(fù)，為異相質(zhì)點(diǎn)的 上浮速度。 離心鑄造時(shí)，旋轉(zhuǎn)液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的下沉與上浮同重力場(chǎng)的規(guī)律相似，但 這時(shí)是沿徑向自由表面內(nèi)浮或向型壁處外沉。內(nèi)浮外沉的速度可參照斯托公式來確 定。由于重力場(chǎng)與離心力場(chǎng)的性質(zhì)相似，此時(shí)，只要將離心加速度代替重力加速度, 則得： v = J2(p1 -/92>2/-/18?7 (2-18) 將式 2T8 代入 2-17 得：= co r/g (2-19) 由式2-19可見，離心鑄造時(shí)，液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的沉浮速度比重力鑄造時(shí)大 好多倍，所以重度比液體金屬小的氣體或某些夾朵物就較

24、容易浮至自山表面。這就 是離心鑄造中氣孔，夾朵等缺陷可顯著減少的原因。當(dāng)然，在鑄件的內(nèi)表面上會(huì)有 較多的異相加雜物存在。 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(shì)向外表面或晶粒前沿移動(dòng)。同樣，液體金屬中溫度較 低的部分也較易向外表面集中。此外，離心鑄造的散熱過程乂是通過鑄型型壁進(jìn)行 的。所有這些都為離心鑄件山外表面向內(nèi)表面的順序凝固創(chuàng)造了更有利的條件。這 樣，促使結(jié)晶的成長(zhǎng)速度增大，縮小結(jié)晶前沿的固、液相共存區(qū)，減小鑄件中形成 縮孔、縮松的傾向，所以離心鑄件的組織比一般鑄件致密。 過共晶鑄鐵及鋁硅合金，最初析出的是石墨和初生硅，它們的

25、重度比液體金屬 小，在離心鑄造時(shí)容易內(nèi)浮，從而破壞了由外相內(nèi)的順序凝固，是鑄件內(nèi)表面過早 的出現(xiàn)凝固層，造成雙向凝固現(xiàn)象。這樣，處于內(nèi)外凝固層之間的金屬液體繼續(xù)冷 卻，液體金屬將趨于緊靠型壁，從而使內(nèi)表層下出現(xiàn)縮孔及偏孔。若凝固時(shí)收縮比 較大，將使內(nèi)表層處于懸浮狀態(tài)，在旋轉(zhuǎn)鑄型中，它將與層間的液體金屬發(fā)生頻繁 碰撞而碎成小塊，當(dāng)凝固后鑄件的內(nèi)表層就出現(xiàn)坑洼不平。 2. 7離心鑄造的縮補(bǔ) 一般來說，鑄件中的縮松主要是由于凝固時(shí)在枝晶間形成的空穴不能得到補(bǔ)縮 所造成的?？昭芊窦皶r(shí)得到補(bǔ)縮，與液體金屬流經(jīng)補(bǔ)縮通道時(shí)克服阻力的能力有 關(guān)。當(dāng)凝固收縮時(shí)，液體金屬已接近凝固相線溫度，其粘度較大，枝晶

26、間的補(bǔ)縮通 道乂窄乂曲折。需克服的阻力較大，離心鑄造時(shí)液體金屬質(zhì)點(diǎn)是按重力系數(shù)的倍數(shù) 加重的，其運(yùn)動(dòng)方向乂指向山外壁向內(nèi)表面進(jìn)行移動(dòng)的凝固層，這就創(chuàng)造了較好的 補(bǔ)縮條件，使液體金屬能通過枝晶間的細(xì)小縫隙，對(duì)空穴處進(jìn)行補(bǔ)縮。同時(shí)，液體 金屬在補(bǔ)縮通道沿徑向向外進(jìn)行補(bǔ)縮時(shí)，隨著旋轉(zhuǎn)半徑增大，質(zhì)點(diǎn)所受的離心力越 大，克服阻力的能力也就越大，在補(bǔ)縮縫隙中的移動(dòng)速度也就越來越快，為隨后進(jìn) 入縫隙的液體金屬創(chuàng)造了更好地流動(dòng)補(bǔ)縮條件，故離心鑄造的組織較為致密。 2.8離心鑄件在液體金屬相對(duì)影響下的凝固特點(diǎn) 在離心鑄件的斷面上會(huì)出現(xiàn)兩種獨(dú)特的宏觀組織，即傾斜的柱狀晶和層狀偏析。 一般情況下，柱狀晶的生長(zhǎng)應(yīng)

27、按與散熱方向相反的規(guī)律進(jìn)行，這樣，離心鑄件和斷 面上的柱狀晶應(yīng)在徑向上山鑄件的外壁向內(nèi)表面生長(zhǎng)。然而，在一些離心鑄件的橫 斷面上卻可見到傾斜柱狀晶，其傾斜方向與逐漸成形時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向一致，在鑄件外 層晶體傾斜度較大，越往內(nèi)層傾斜度越小，最后是徑向柱狀晶。此外，離心鑄件橫 斷面上的層狀偏析組織是按同心圓的形式分層分布的，且各層中的化學(xué)成分和微觀 組織也有差別。對(duì)鑄件的工作性能有較大的影響，這兩種現(xiàn)象都與離心鑄造時(shí)液體 金屬相對(duì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。 1. 離心鑄造橫斷面上液體金屬的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及其鑄件結(jié)晶的影響 離心鑄造時(shí)，在鑄型斷面上可能岀現(xiàn)下述三種情況的液體金屬相對(duì)運(yùn)動(dòng)； 1） 由于鑄型轉(zhuǎn)速太低引起的相對(duì)

28、運(yùn)動(dòng) 臥式離心鑄造時(shí)，如果鑄型的轉(zhuǎn)速太低，則進(jìn)入鑄型的液體金屬就不能被鑄 型卷起在其內(nèi)表面上形成厚度均勻地圓環(huán)形液層，隨鑄型作圓周運(yùn)動(dòng)，而只是被鑄 型卷高一些，曲型壁流下來，或被鑄型卷到較高的部位，有脫離鑄型散落下來，使 鑄型下放聚著大量的液體金屬，隨著鑄型的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，液體金屬不斷卷起乂散落下 來，引起劇烈的流動(dòng)，破壞了離心鑄造的形成過程。因此，應(yīng)避免這種現(xiàn)象。 2） 由于重力場(chǎng)引起的液體金屬脈動(dòng)現(xiàn)象 上面已提到，由于重力場(chǎng)的影響，繞水平軸旋轉(zhuǎn)的液體金屬，當(dāng)它由上往下運(yùn) 動(dòng)時(shí)，其切向運(yùn)動(dòng)速度會(huì)增大，而當(dāng)它從下往上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其切向運(yùn)動(dòng)速度會(huì)減小。 可是，鑄件本身卻作等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，鑄件與

29、液體金屬便發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如 前所述，這種相對(duì)鑄型時(shí)而超前，時(shí)而滯后的液體金屬脈動(dòng)現(xiàn)象隨著液體金屬溫度 降低和結(jié)晶層的成長(zhǎng)會(huì)很快的減弱，如果在考慮到這種時(shí)而加速時(shí)而減速在旋轉(zhuǎn)過 程中的變化是周期性的，而液體金屬的平均轉(zhuǎn)速仍和鑄型一樣，那么相對(duì)于鑄型或 鑄件層的液體金屬周期性變化運(yùn)動(dòng)的影響可以相互抵消，因此，這種脈動(dòng)現(xiàn)象對(duì)鑄 件結(jié)晶的過程的影響不顯著。 3）由于慣性作用引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 離心鑄造時(shí)通常是先啟動(dòng)鑄型，然后進(jìn)行澆注，最初進(jìn)入鑄型中的液體金屬雖 然能在極短的時(shí)間內(nèi)被鑄型帶動(dòng)作圓周運(yùn)動(dòng)，但山于慣性作用，它們不能立刻獲得 與鑄型一樣的旋轉(zhuǎn)角速度，而是以較小的角速度隨同鑄型旋轉(zhuǎn)。因此，不僅

30、液體金 屬與鑄型之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而且液體金屬?gòu)膬?nèi)向外的層與層之間也有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。只 是經(jīng)過一段時(shí)間后，全部液體才有可能被帶動(dòng)與鑄型作同一速度的圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí) 相對(duì)運(yùn)動(dòng)才會(huì)消失，這一現(xiàn)象已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。 如上所述，在靠近型壁處，液體金屬的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較小，而靠近自山表面處相對(duì) 運(yùn)動(dòng)速度較大。根據(jù)液體金屬的粘度，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的大小和液體金屬層厚度的不 同，液體金屬層內(nèi)可能出現(xiàn)現(xiàn)紊流或?qū)恿?，其變化過程如圖2-3所示，當(dāng)液體金屬 剛進(jìn)入鑄型后，及時(shí)在靠近鑄型壁的液體金屬層中很可能立刻形成一層薄的層流層, 經(jīng)過一段時(shí)間后，隨著相對(duì)運(yùn)動(dòng)的減小，靠近型壁的層流層增用，紊流層減薄。必 須指出，在層流層和紊流層

31、之間可能不是如圖所示那樣有明顯的界面，而是兩者之 間有一逐漸變化的過度層，制止紊流層消失，全部變成層流層。隨著時(shí)間的推移， 層流層內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度逐漸減小，最后液體金屬與金屬鑄型處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài) 在不同的時(shí)刻，不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，鑄件內(nèi)部的結(jié)晶組織相應(yīng)也將有所不同。 當(dāng)結(jié)晶前沿時(shí)在紊流的液體金屬層是。紊流將影響液體金屬中異相質(zhì)點(diǎn)的正常浮動(dòng), 使溫度不同或季節(jié)不同的組分隨液體金屬做紊亂運(yùn)動(dòng)，從而，縮小前沿液體金屬層 的溫度梯度，重度較大的晶粒被分散在寬大的固液相共存區(qū)中成為新的晶核，因此, 紊流促使鑄件斷面上出現(xiàn)細(xì)小的等軸組織。 當(dāng)結(jié)晶前沿是出在層流的液體金屬時(shí)，首先，由于離心力場(chǎng)作用引

32、起異相質(zhì)點(diǎn) 沿徑向移動(dòng)可能進(jìn)行，因此，在結(jié)晶前沿液體金屬的溫度梯度增大，且凝聚著較多 的細(xì)結(jié)晶粒或冷金屬集團(tuán)，這就有利于柱狀晶的成長(zhǎng)。 其次，由于管型的作用，液體金屬隨著鑄型以同一角速度旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶前沿在圓 周方向存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即晶體生長(zhǎng)是迎合著液流方向進(jìn)行的。這樣，結(jié)晶前沿與 液體金屬中析出的那些處于不穩(wěn)定狀態(tài)的細(xì)晶?；蜻^冷金屬集團(tuán)有較多的接觸機(jī) 會(huì)，為了降低系統(tǒng)的自山能，它們?nèi)菀壮练e在生長(zhǎng)著的晶體上使結(jié)晶在迎著液流方 向的一面具有較快的生長(zhǎng)速度。而在背著液流方向的一面，由于晶體與液流金屬中 的細(xì)晶?；蜻^冷金屬集團(tuán)接觸機(jī)會(huì)較少，故晶體的生長(zhǎng)速度較慢。 山于上述原因，最后結(jié)晶形成了與鑄型旋

33、轉(zhuǎn)方向一致的傾斜柱狀晶。 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。 在生產(chǎn)較長(zhǎng)的管狀離心鑄件時(shí)，進(jìn)入鑄件的液體金屬除了沿圓周方向覆蓋鑄型 內(nèi)表面外，還會(huì)沿內(nèi)表作軸向運(yùn)動(dòng)，來完成充填成型過程。此時(shí)會(huì)出現(xiàn)如圖所示的 層狀流動(dòng)現(xiàn)象。 澆注時(shí)，當(dāng)?shù)谝还梢后w金屬流入鑄型后，在其本身初速度的影響和離心壓力下， 向鑄型的前后兩端流動(dòng)。隨后，山于鑄型的冷卻作用，液體金屬的粘度增大，流動(dòng) 速度逐漸降低。如圖2-4所示，當(dāng)?shù)谝还梢后w金屬越流越慢時(shí)，隨后澆入鑄型的液 體金屬沿地一股液流的內(nèi)表面作軸向運(yùn)動(dòng)。山于內(nèi)表面溫度較高，所以第二股液流 溫度降低較慢，能保持較高的流動(dòng)速度，最后超越笫一

34、股金屬流的前端，繼續(xù)向詢 流動(dòng)一段距離，笫三股金屬液體繼續(xù)澆入金屬鑄型，液體金屬將重復(fù)上述過程，這 就是離心鑄造長(zhǎng)管鑄件時(shí)，鑄件中液體金屬的軸向流動(dòng)特點(diǎn)。 必須指出，液體金屬在作軸向流動(dòng)的同時(shí)，山于前鑄件橫斷面上液體金屬因慣 性原因所引起的轉(zhuǎn)速滯后現(xiàn)象，所以實(shí)際上液體金屬是按螺旋狀的路線，從鑄型的 一端向另一端流動(dòng)的（如圖2-5所示）。離心鑄件外表上的螺旋狀金屬留痕便是這種 狀態(tài)的證明。 圖2-5 如果鑄型中液體在作層狀流動(dòng)時(shí)溫度降低較快，使得后一股金屬在覆蓋前一段的內(nèi) 表面時(shí)，兩者不能很好的融合在一起。這樣，各液層均按各自條件進(jìn)行凝固，因而 各層的金相組織，單元的分布也會(huì)有所不

35、同。最后在離心鑄件斷面上便形成了層狀 偏析的結(jié)晶組織。這種層狀偏析組織，在金屬鑄型離心鑄造鑄鐵件、鑄鋼和各類銅 合金時(shí)常有發(fā)生。 降低鑄件的冷卻作用，提高澆注溫度，是減少或消除離心鑄造中層狀偏析的有 效工藝措施。 第三章 離心鑄造工藝 3. 1離心鑄型轉(zhuǎn)速的選擇 選擇離心鑄型的轉(zhuǎn)速時(shí)，主要應(yīng)考慮兩個(gè)問題：（1）離心鑄型的轉(zhuǎn)速起碼 應(yīng)保證液體金屬在進(jìn)入鑄型后立刻能形成圓筒彩，繞軸線旋轉(zhuǎn)；（2）充分利用離心 力的作用，保證得到良好的鑄件內(nèi)部質(zhì)量，避免鑄件內(nèi)產(chǎn)生縮孔、縮松、夾雜和氣 孔。 釆用砂型離心鑄造時(shí)，也要注意忽使液體金屬對(duì)型壁具有太大的離心壓力而 引起鑄件粘砂脹砂等的缺陷。 3.

36、 2離心鑄造用鑄型 離心鑄造時(shí)使用的鑄型有兩大類，即金屬型和非金屬型。非金屬型可為砂型、 殼型、熔模殼型等。由于金屬型在大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)時(shí)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，所以 在離心鑄造時(shí)廣泛地采用金屬型。 臥式懸臂離心鑄造機(jī)上的金屬型按其主體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為單層金屬型和 雙層金屬型兩種。圖3-1和3-2所示為這兩種鑄型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 在單層金屬型中，型壁由一層組成，單層金屬型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但它 損壞后需要制作新的鑄型才能開始生產(chǎn)，在此鑄型中只能澆注單一外徑尺寸的鑄件。 而在雙層金屬型中，型壁山兩層組成，鑄件在內(nèi)型表面成形。雙層金屬型結(jié)構(gòu)雖復(fù) 雜性，但只要改變內(nèi)型的工作表面尺寸就可澆注多種外徑尺

37、寸的離心鑄件。長(zhǎng)期工 作后，只需更換結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的內(nèi)型就可把舊鑄型當(dāng)作新的鑄型使用。 圖3-1單金屬離心鑄型 圖3-2圖雙層金屬離心鑄型 1-端蓋2-鑄型本體3-端蓋夾緊裝置1-外型2-內(nèi)型3-端蓋4-銷子 3. 3涂料 金屬型離，常需在金屬型的工作表面噴刷涂料。對(duì)離心鑄造金屬型用涂料的 要求與一般金屬型鑄造時(shí)相同。為防止鑄件與金屬型粘合和鑄鐵件產(chǎn)生白口，在離 心金屬型上的涂料層有時(shí)較厚。離心鑄造用涂料大多用水作載體。有時(shí)也用于態(tài)涂 料，如石墨粉，以使鑄件能較易地自型中取出。 噴刷涂料時(shí)應(yīng)注意控制金屬型的溫度。在生產(chǎn)大型鑄件時(shí)，如果鑄型本身的 熱量不足以把涂料洪干，可以把鑄型放

38、在加熱爐中加熱，并保持鑄型的工作溫度， 等待澆注。生產(chǎn)小型鑄件時(shí)，尤其是采用懸臂離心鑄造機(jī)生產(chǎn)時(shí)，希望盡可能利用 鑄型本身的熱量洪干涂料，等待澆注。 3. 4澆注 離心鑄造時(shí)，澆注工藝有其本身的特點(diǎn)，首先由于鑄件的內(nèi)表面是自由表面, 而鑄件厚度的控制全山所澆注液體金屬的數(shù)量決定，故離心鑄造澆注時(shí)，對(duì)所澆注 金屬的定量要求較高。此外山于澆注是在鑄型旋轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行的為了盡可能地消除 金屬飛濺的現(xiàn)象，要很好控制金屬進(jìn)入鑄型時(shí)的方向。 液體金屬的定量有重量法、容積法和定自由表面高度（液體金屬厚度）法等。 容積法用一定體積的澆包控制所澆注液體金屬的數(shù)量，此法較簡(jiǎn)便，但受金屬的溫 度，熔渣等影響，定

39、量不太準(zhǔn)確，在生產(chǎn)中用的較多。 為盡可能地消除澆注時(shí)金屬的飛濺現(xiàn)象，要控制好液體金屬進(jìn)入鑄型時(shí)的流 動(dòng)方向 3. 5拔管 金屬液體凝固后，金屬型停止旋轉(zhuǎn)，拔管機(jī)進(jìn)行拔管。 6清理與準(zhǔn)備 第四章 離心鑄管常見缺陷分析 離心鑄管常見缺陷是壁厚不均勻，氣孔和針孔，裂紋或斷裂，龜紋，凹陷及滲 漏，一旦出現(xiàn)這類情況，重則報(bào)廢輕則成為次品。為了保證穩(wěn)定生產(chǎn)必須認(rèn)真預(yù)防。 4.1橫向壁厚不均勻 旋轉(zhuǎn)軸與鑄型本身軸線不重合或鑄型彎曲時(shí)，都會(huì)造成鑄管橫向壁厚不均勻現(xiàn) 象。防止出現(xiàn)這種缺陷的主要措施是：在離心生產(chǎn)過程中，注意控制鐵液的澆注溫 度，澆注速度和鑄型冷卻條件，盡量減少金屬型的彎曲擾變。

40、 3. 2縱向壁厚不均勻 縱向壁厚不均勻現(xiàn)象多出現(xiàn)在水冷金屬型離心鑄管中。只要扇形包向澆注槽澆注 的速度不均勻時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)縱向壁厚不均勻現(xiàn)象. 扇形包的鐵液對(duì)澆注槽的澆注速度和扇形包內(nèi)襯的兒何形狀有關(guān)。扇形包的偏轉(zhuǎn) 角度一般是均勻的，但當(dāng)澆注包的內(nèi)襯修理尺寸不規(guī)矩或內(nèi)襯被侵蝕以及包內(nèi)結(jié)渣 嚴(yán)重時(shí)，澆包內(nèi)襯的半徑發(fā)生變化，單位時(shí)間內(nèi)澆包向澆注槽提供的鐵液數(shù)量必然 隨之改變，例如：澆包底部?jī)?nèi)襯被侵蝕后，就會(huì)在底部積聚液體金屬，以致在澆注 最，澆注速度增加，其結(jié)果是鑄管最后一段（插口端）增卑，反之則最后一段將會(huì) 減薄。 縱向壁厚不均勻還和澆注槽的狀況有關(guān)。當(dāng)澆注槽高低不平或不光滑時(shí)，金屬液 的

41、流動(dòng)受阻，使金屬液在流槽中積聚，進(jìn)入鑄型的金屬液會(huì)瞬時(shí)減少，隨之出現(xiàn)局 部壁厚現(xiàn)象。金屬聚集到一定程度后，金屬液可能突然沖入鑄型，瞬時(shí)增大澆注速 度，使鑄管局部增厚。 縱向壁卑不均勻與鐵液的澆注溫度也有一定關(guān)系，澆注溫度偏高時(shí)，靠近承口端 容易出現(xiàn)增厚現(xiàn)象，（離心機(jī)安裝時(shí)有一個(gè)斜度），澆注溫度偏低時(shí)，插口端容易 出現(xiàn)增厚。 鑄型和機(jī)器殼體的振動(dòng)也會(huì)影響鐵管的壁厚均勻程度，振動(dòng)越劇烈，壁厚不均勻 性越顯著。 4. 3氣孔和針孔 氣孔的特征是在鐵管外表面或表皮下一定深度內(nèi)出現(xiàn)近似球形的孔洞，針孔的 特征是洞細(xì)而長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使鑄管發(fā)生滲漏，產(chǎn)生氣孔和針孔的主要原因如下： （1）液體金屬中會(huì)

42、有大量氣體，鑄型溫度和澆注溫度較低時(shí)，析出的氣體來不及上 浮逸出。 （2） 由于金屬爐料潮濕，銹蝕，油污或出鐵槽不干，風(fēng)量不當(dāng)造成氧化，或金屬內(nèi) 表面潮濕銹蝕，澆入金屬后產(chǎn)生氣體。 （3） 涂料金屬型離心鑄管中，所以涂料中還有過多的發(fā)氣材料。 預(yù)防氣孔和針孔的主要措施如下： （1） 嚴(yán)格保證鐵液質(zhì)量，原鐵液成分中硫含量盡量降低，球化處理過程中，在保證 球化的前提下盡量減少殘留鎂量，要保證足夠的澆注溫度，鐵液要嚴(yán)格擋渣。 （2） 涂料金屬型離心鑄造中所用涂料的燒堿值要盡量設(shè)法降低，對(duì)于硅藻土涂料， 硅藻土必須經(jīng)過高溫焙燒后才可以使用。膨潤(rùn)土中含有結(jié)晶水，結(jié)晶水在高溫下分 解是產(chǎn)主針孔的

43、主要原因之一，為此應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的膨潤(rùn)土，而且在保證粘結(jié)性和懸 浮性的前提下盡量減少膨潤(rùn)土的加入量。 （3） 金屬爐料應(yīng)當(dāng)干燥無銹蝕，球化劑和孕育劑應(yīng)預(yù)熱除潮，鐵液包和澆注包應(yīng)充 分預(yù)熱，金屬型及涂料必須經(jīng)過預(yù)熱和保持干燥，注意防止混入自然水分和氣化物。 4. 4裂紋或斷裂 離心鑄管本身長(zhǎng)度較長(zhǎng)，一般鐵液凝固后溫度仍舊很高，此時(shí)鑄鐵本身的強(qiáng)度 和塑性都很低，特別是當(dāng)鐵液成分不合格時(shí)，其強(qiáng)度和塑性更低。同時(shí)，在離心力 作用下，鑄管本身各部分壁厚可能不夠均勻，各部分冷卻條件也不完全相同，溫度 差產(chǎn)生的應(yīng)力及離心力的總和超過鐵質(zhì)的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)裂紋和斷裂，拔管過早 時(shí)。拔脫阻力也可能超過鐵管的高

44、溫強(qiáng)度而造成拉斷裂。 為了預(yù)防產(chǎn)生裂紋和開裂，首先要認(rèn)真優(yōu)選鐵液的化學(xué)成分，提高熔煉質(zhì)量。其 次應(yīng)注意正確執(zhí)行澆注工藝（鑄型轉(zhuǎn)速，澆注速度，冷卻條件，鑄型和涂料等）。 拔管時(shí)間也必須適當(dāng)。 4. 5龜紋 龜紋是熱摸法離心澆注球鐵管內(nèi)表面經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷。 山于熱摸法；離心鑄管的鑄型內(nèi)壁有一層隔熱性能良好的涂料，球墨鑄鐵鐵液澆 入鑄型后，冷卻凝固速度較慢，在凝固的初期，一般是按穩(wěn)定性結(jié)晶，即析出球狀 石墨盒奧氏體，在此期間球鐵管的凝固有兩個(gè)特點(diǎn)：一是管壁中心糊狀凝固，長(zhǎng)時(shí) 間內(nèi)仍保持液固混合狀態(tài)，鑄管的內(nèi)壁自由表面再旋轉(zhuǎn)中與大氣接觸，溫度高，散 熱條件差，微熱的薄殼形成緩慢。巧一特點(diǎn)是球鐵

45、液凝固前期體積膨脹較大，此時(shí) 產(chǎn)生的膨脹壓力足以沖破微弱的薄殼，使球鐵管的內(nèi)表面呈現(xiàn)出網(wǎng)狀龜紋。當(dāng)離心 壓力足夠大時(shí)，龜紋只會(huì)增大鑄管內(nèi)表面的粗糙度，對(duì)力學(xué)性能影響不大。 防止龜裂的方法是控制鐵液成分，增大鑄型冷卻速度，改變結(jié)晶狀態(tài)。例如：水 冷金屬型離心鑄管，山于鑄型外面用水冷卻，促使鐵液凝固速度加快，形成介穩(wěn)系 結(jié)晶，高溫下析出滲碳體和奧氏體，凝固前期體積膨脹很小。另一方面鑄鐵管凝固， 是從外壁向內(nèi)定向凝固，內(nèi)表面的鐵液可以補(bǔ)充先凝固的收縮，最后形成平滑的鑄 管內(nèi)表面。 4. 6凹陷 凹陷也是熱模法離心鑄造球鐵管常見的缺陷。其特征是：鑄成的薄壁球鐵管拔出 鑄型時(shí)，在管壁上可見到若干局

46、部區(qū)域向內(nèi)凹陷，凹坑呈圓狀或橢圓狀，直徑為5—20 厘米，嚴(yán)重時(shí)凹坑底部出現(xiàn)裂紋，成為易滲漏區(qū)。 凹陷的形成可用氣膜理論解釋。生產(chǎn)工藝控制不當(dāng)，例如涂料選配不當(dāng)，發(fā)氣量 過大，澆注溫度或鑄型溫度偏低，造成管壁局部區(qū)域結(jié)殼超前，在這種提前結(jié)殼并 封閉氣體通道的部位，涂料參因持續(xù)受熱而產(chǎn)生的氣體將因鑄殼的阻礙而無法逸出， 并不斷積累增多，這些氣體在高溫下膨脹，導(dǎo)致局部壓力劇增。一旦壓強(qiáng)超過金屬 此時(shí)離心重力吉管壁少量塑性形變所需的應(yīng)力之和時(shí)，則發(fā)氣壓力就可能使處于塑 性狀態(tài)下的局部管壁殼皮被圧離管模向內(nèi)推移2-3毫米，使局部管壁連同其外側(cè)已 燒結(jié)的涂層一同過早的脫離金屬型。從而形成一個(gè)氣膜隔離區(qū)

47、，它改變了這部分管 壁的正常冷卻行為，不能再透過涂層將熱量傳導(dǎo)給金屬型。使這里的冷卻速度減慢， 從而造成了鑄管宏觀上的冷卻不均勻，管子拔出后會(huì)發(fā)現(xiàn)管體上一片亮一片暗的特 異現(xiàn)象，光亮的緩冷區(qū)便是后期的出現(xiàn)凹陷的地帶。 防止凹陷的主要措施是選用優(yōu)良的涂料材料和正確配比，降低涂料的高溫發(fā)氣量。 適當(dāng)提高澆注溫度和鑄型溫度。 4. 7滲漏 滲漏是鐵管最常見的綜合缺陷。也是鑄鐵管廢品中最為多見的缺陷。產(chǎn)生滲漏 的原因很多，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行分析。 (1) 針孔引起的滲漏，在涂料金屬型中，當(dāng)涂料發(fā)氣量大，澆注溫度低時(shí)，會(huì)使鑄 管產(chǎn)生針孔，在水冷金屬型離心鑄管生產(chǎn)中，澆槽不干貨金屬型銹蝕，也會(huì)導(dǎo)致

48、鑄 鐵管產(chǎn)生針孔。較深的針孔可能成為滲漏點(diǎn)。 (2) 扎孔引起的滲漏，當(dāng)鐵液中有害元素及氧化物較多，或澆注孕育過程中帶入較 多夾雜物時(shí)，都會(huì)使鑄鐵管產(chǎn)生渣孔。渣孔也會(huì)導(dǎo)致滲漏。 澆注工藝不當(dāng)引起的滲漏，水冷金屬型離心鑄鐵管最常出現(xiàn)滲漏的部位在承口 端附近的直段部位，這個(gè)部位是澆槽澆注鐵液的地方，鐵液首先從這里流向承口端， 隨后澆槽逐步向插口端延伸，使鐵液以螺旋焊管的方式凝固，與承口端相比，這里 凝固較晚，與其他部位相比，則應(yīng)屬最先凝固的部位，如果澆槽伸入鑄型的長(zhǎng)度， 鐵液山澆槽澆入的方向，澆注速度與澆槽移動(dòng)速度配合恰當(dāng)，完全可以保證鑄鐵管 在凝固過程中，按照螺旋焊管的規(guī)律自承口端向插口端定

49、向凝固。在這種情況下鑄 鐵管不會(huì)產(chǎn)生重皮，冷隔等缺陷，鑄鐵管也不會(huì)產(chǎn)生滲漏，但一旦這些因素控制不 當(dāng)，在流槽開始澆注鐵液的部位，很難保持與承口端及插口端定向凝固的規(guī)律，很 容易使該部位出現(xiàn)冷隔，重皮，夾渣等缺陷，所以這個(gè)部位最容易出現(xiàn)滲漏。 出現(xiàn)滲漏的鑄鐵管，大部分可以通過修補(bǔ)并經(jīng)過嚴(yán)格的試壓檢查，成為合格的產(chǎn) 品。 第五章 金屬鑄型設(shè)計(jì) 5. 1臥式滾筒離心鑄造機(jī) 特點(diǎn)：在澆注小車上裝有防護(hù)罩，當(dāng)澆注時(shí)，澆注槽伸至型筒內(nèi)時(shí)，防護(hù)罩擋 住型筒的端面，防止金屬液從鑄型內(nèi)飛出傷人，兩支撐輪與鑄型中心連線的夾角為 90到120度。 鑄件最大直徑（mm） 鑄件最大長(zhǎng)度（mm） 500 2

50、000 5. 2鑄件類型選擇： 金屬型：常用金屬型生產(chǎn)管狀，筒狀，環(huán)狀的離心鑄件，與砂型離心鑄造相比, 它有如下優(yōu)點(diǎn)： （1） 工藝過程簡(jiǎn)單 （2） 生產(chǎn)率高 （3） 鑄件外表面尺寸精度高 （4） 鑄件無夾砂，脹型等缺陷 （5） 工作環(huán)境改善 其缺點(diǎn)： （1） 鑄鐵件上易產(chǎn)生白口。 （2） 鑄件外表面上易產(chǎn)生氣孔 （3） 鑄型成本高如下圖所示是滾筒式離心金屬型示意圖： 5. 3鑄型各組成部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）鑄型固定形式 按鑄型固定在離心鑄造機(jī)的主軸或工作臺(tái)上的形式有中心固定式和周邊固定式 兩類，根據(jù)使用情況選擇結(jié)構(gòu)形式。 采用周邊固定形式。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

51、： 1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造較易。 2） 應(yīng)用廣泛 優(yōu)缺點(diǎn)： 1） 鑄型底部與型體分開，熱應(yīng)力小。 2） 安裝拆卸麻煩， 3） 釆用單位鑄型時(shí)加工麻煩。 4） 可裝鑄件頂出機(jī)構(gòu) 5. 4鑄型型體設(shè)計(jì) 金屬型型體的失效主要山熱應(yīng)力和熱應(yīng)力疲勞所引起，故決定型體壁用時(shí)應(yīng)在 滿足必要的強(qiáng)度和剛度的前提下，盡可能取較小的數(shù)值，在鑄型不用水冷卻的情況 下，單層金屬型的壁卑應(yīng)保證具有足夠的吸熱能力，以免工作時(shí)溫度升得太高，單 層金屬型和內(nèi)型的型體壁厚一般為鑄件壁厚的0. 8-5倍，反之倍數(shù)應(yīng)較小，最小壁 厚不能小于15MM,鑄件長(zhǎng)時(shí)，行筆應(yīng)較厚。 5. 5鑄型端蓋和端蓋緊固裝置設(shè)計(jì) （1

52、）端蓋：常用鑄鐵或碳鋼制造。選擇平端蓋，結(jié)構(gòu)圖： 圖5-2 特點(diǎn)：常用于小直徑鑄件的生產(chǎn)，加工容易，鋼質(zhì)的易變形。 注意：端蓋的內(nèi)孔最好有向型腔擴(kuò)大的斜度，以免當(dāng)端蓋內(nèi)孔上粘有凝固的金屬時(shí), 使之取下端蓋發(fā)生困難。如下圖所示： （2）鑄型端蓋的固定：離心端蓋鑄型的固定必須滿足當(dāng)鑄型轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能牢固于鑄型，以 防掉下傷人或金屬液經(jīng)端蓋與鑄型接縫流出型外，當(dāng)鑄型不轉(zhuǎn)時(shí)，端蓋拆卸必須方 便。 端蓋的固定裝置結(jié)構(gòu)如下： 圖5-4 說明： 緊固工具用銷子，（1）銷子大端必須指向鑄型軸線，銷孔可為圓柱孔。 （2） 使用方便，工作可靠， （3） 加工較易， （

53、4） 銷子較易損壞丟失。 （5） 澆注時(shí)從端蓋內(nèi)孔溢出的金屬液易把銷子粘住，使端 蓋銷子不易取下。 銷孔的技術(shù)數(shù)據(jù)：表5-1 鑄型內(nèi)徑（mm） <=200 201—400 401—600 601 — 1000 銷孔直徑（mm） 15—20 20—25 25—30 〉30 孔數(shù)（個(gè)） 3 3—4 4 6 注意：為防止?jié)沧r(shí)從端蓋溢岀的金屬液粘住固定元件，可在端蓋上做一擋圈。 5.6滾筒式離心鑄型的滾道和定位： 滾筒式離心鑄型的滾道面應(yīng)有較細(xì)的粗糙度（RA1.6—0. 4微米）和較好的同 軸度，防止在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)岀現(xiàn)大的震動(dòng)，為防止鑄型在機(jī)器軸上的移動(dòng)，

54、鑄型得滾道形 狀及其與離心鑄造機(jī)支承輪間的配合方式可選擇設(shè)計(jì)為： 圖5-5 注意：擋圈不能做在輪緣的內(nèi)側(cè)，因?yàn)榻饘傩凸ぷ鲿r(shí)受熱發(fā)生軸向膨脹，會(huì)使擋圈 與支承輪卡住，機(jī)器出現(xiàn)故障。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）加工較復(fù)雜，需要粗的毛坯制造。 （2）依靠滾道凸緣防止鑄型軸向轉(zhuǎn)動(dòng)。 4. 7澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 離心鑄造時(shí)的澆注系統(tǒng)主要指接受金屬的澆杯和與之相連的澆注槽，有時(shí)還包 括鑄型內(nèi)的澆道，澆注系統(tǒng)應(yīng)滿足下述要求： (1) 澆注長(zhǎng)度長(zhǎng)，直徑大的鑄件時(shí)，澆注系統(tǒng)應(yīng)使金屬液較快的均勻的鋪在鑄型的 內(nèi)表面上。 (2) 澆注易氧化金屬液，或釆用離心砂型時(shí)，澆注槽應(yīng)使金屬液能平穩(wěn)的填充鑄型， 盡可能

55、減少金屬液的飛濺，減弱對(duì)砂型的沖刷。 (3) 澆注成型鑄件時(shí)，鑄型內(nèi)的澆道應(yīng)能使金屬液順利流入型腔。 (4) 澆注終了后，澆杯和澆注槽內(nèi)應(yīng)不留金屬和熔渣，若有應(yīng)易于清除。 澆注定量： 離心鑄件內(nèi)徑常由澆注金屬液的數(shù)量決定，故在離心澆注時(shí)必須控制澆入型內(nèi)的金 屬液數(shù)量以保證內(nèi)徑的大小。 離心澆注定量法： 采用重量定量法：即用一定內(nèi)形的澆包取一定重量的金屬液，一次性的澆入鑄型之 中， 應(yīng)用情況：定量不太準(zhǔn)確，但操作方便，大量生產(chǎn)，連續(xù)澆注時(shí)應(yīng)用較廣泛。 以上澆注系統(tǒng)的設(shè)訃均參照鑄造手冊(cè)第六卷684, 685頁(yè)，以及表(7-23)。結(jié)構(gòu)示 意圖如下所示： 采用管式澆注杯，見

56、特種鑄造手冊(cè)表(7-22) 澆注溫度：1100度 脫型溫度：500度 鑄型預(yù)熱溫度：200度。 鑄型工作溫度：150度。 第六章 鑄造機(jī)的參數(shù)與計(jì)算 滾輪式離心鑄造機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)書： 要求：鑄件為銅合金，密度：8.2g/cm3 最大尺寸:500*2000 鑄件厚度：20mm 計(jì)算重度為：/=pg=8. 2*1000*9. 8=80360 (N//n3) 5. 1鑄型轉(zhuǎn)速： 鑄型轉(zhuǎn)速是離心鑄造時(shí)的重要工藝因素，不同的鑄件，不同的鑄造工藝，逐漸 成形式的鑄型轉(zhuǎn)速不一樣，過低的鑄型轉(zhuǎn)速會(huì)使立式離心鑄造時(shí)的金屬液沖型不良， 臥式離心鑄造使出現(xiàn)金屬液雨淋現(xiàn)象，也會(huì)使鑄件出現(xiàn)疏松，

57、夾渣，鑄件內(nèi)表面凹 凸不平等缺陷，鑄型轉(zhuǎn)速太高，鑄件易出現(xiàn)裂紋，偏析等缺陷，砂型離心鑄造外表 面會(huì)形成脹箱等缺陷，太高的鑄型轉(zhuǎn)速也會(huì)使機(jī)器出現(xiàn)大的振動(dòng)，磨損加劇，功率 消耗過大，所以鑄型轉(zhuǎn)速的選擇原則應(yīng)是在保證鑄件質(zhì)量的詢提下，選取最小的數(shù) 值。 利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算鑄型得轉(zhuǎn)速，利用特種鑄造手冊(cè)682頁(yè)的康斯坦丁諾夫公式: (6_1) 其中： 鑄型轉(zhuǎn)速(r/min) 2 鑄件內(nèi) 半徑(m) P 修正系數(shù) /一一鑄件合金重度(N/〃F) 康斯坦丁諾夫公式修正系數(shù)如下：表6-1 離心鑄造 類型 銅合金臥式 離心鑄造 銅合金立 式 鑄鐵 鑄鋼 鋁合金 P 1.2—1.4

58、 1.0—1.5 1.2—1.5 1.0—1.3 0. 9—1. 1 55200 / 滬巧為五^27. 8r/min,實(shí)際轉(zhuǎn)速要大于計(jì)算轉(zhuǎn)速，所以取530r/min. 6. 2離心鑄型壁厚 此離心鑄造機(jī)的鑄件最大外徑為500毫米，長(zhǎng)度為2000毫米，查表(7-10), 離心鑄造手冊(cè)。壁厚選為20毫米。 6. 3離心壓力（鑄型內(nèi)金屬推開端蓋的離心壓力） 一般，銷子和壓板都能使端蓋可靠的緊固，型內(nèi)金屬液難以推開端蓋，為安全起見, 故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)作適當(dāng)?shù)淖饔昧z查，鑄型內(nèi)金屬液推開端蓋的離心壓力計(jì)算公式如下: （6-2） 7TKW2 式中：P—-金屬液推開

59、端蓋的壓力。 ---金屬液的重度（ ) W -一鑄型旋轉(zhuǎn)角速度（wd/s ） n 鑄型旋轉(zhuǎn)速度（r/min ） g ---重力加速度 g二9. 8m/“ R -一鑄型內(nèi)半徑 心一鑄件內(nèi)半徑 所以： 6. 4電動(dòng)機(jī)功率選擇； 帶動(dòng)鑄型旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)以在啟動(dòng)鑄型，克服鑄型慣性達(dá)一定轉(zhuǎn)速時(shí)所需的功率 為最大，所以離心鑄造機(jī)上電動(dòng)機(jī)應(yīng)按啟動(dòng)時(shí)所需功率進(jìn)行選擇： N 二 式中：工（寒'）一一機(jī)器上各傳動(dòng)件啟動(dòng)時(shí)所需功率總和， 366000/ Gt 某一傳動(dòng)件質(zhì)量（kg） D, 某一轉(zhuǎn)動(dòng)件的最大旋轉(zhuǎn)直徑。（m） n 某一轉(zhuǎn)動(dòng)件在啟動(dòng)后的最大轉(zhuǎn)速 k 安全系數(shù)。1

60、. 1—1.3 “ 傳動(dòng)效率安全系數(shù)，一般取0. 7-0. 8 t 啟動(dòng)時(shí)間.秒，一般取4一8秒. 計(jì)算如下: G 鑄型=QU =7.2*1000*^*(0.2782 - 0.25 82)*2.21 =535.6^ 535?6*0?5562*527?82 366000*8 選擇電動(dòng)機(jī)為180M, 3000r/min,功率為22kw. 不考慮打滑的情況下： 拖輪半徑為134mm。 兩滾輪與鑄型的夾角：取為8 = 115度 兩拖輪中心距離： L = 2*(/? + r)*sin - = 2*(134 + 288)*sin — =712mm 2 2 示意圖如下所示：

61、 圖6-1 6. 5帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算： 已知電動(dòng)機(jī)型號(hào)為:Y180M—4,額定功率為p二22kw.轉(zhuǎn)速=3000r/min , 1=2. (1) 確定計(jì)算功率Pca 由表8-6查得，工作情況系數(shù) 忍=1.2 所以： p(a = kA */; = 1.2*22 = 26.4曲 (2) 選擇窄v帶帶型： 根據(jù)Pm ,"］由圖8-9確定選用spA性. (3) 確定帶輪基準(zhǔn)直徑： 由表8-3和8-7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑£產(chǎn)100mm.根據(jù)式8-15,從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 ^2 = ^*= 2* 100 = 200mm,根據(jù)表 8-7,取dd2= 200mm.

62、按8-13驗(yàn)算帶的速度： 60*1000 ^*100*3000 60*1000 m/s = 15.7/rz/5 <35m/s.帶的速度合適. (4) 確定窄v帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距： 根據(jù)0.7*(ddx +為)v兔v 2*(為+厶)初步確定中心距«o=4OOmm. 根據(jù)式8-20計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度： L. =2綣+蘭 *((/右+4 J +血二^ 二 2*400 + ^*(100 + 200) +凹巳巴匚= 1277.25 mm '° 2 rf, rf2 4勺 2 4*400 由表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=\250mm.按式8-21

63、計(jì)算實(shí)際中心距a, L.-Zi 1250-12力.25 “c a =(10 + = (400 d )mm = 373mm 2 2 (5) 驗(yàn)算主動(dòng)輪上上的包角g，由式8-6得： 8 =18° 一嚀5 =，8° 一黔恥=164.6。＞ 120。,主動(dòng)輪上的包角合適. (6) 計(jì)算窄v帶的根數(shù)z,由式8-22知, z = 厶 ，由 ^=3000,-/min , 〃尙二 100mm? i=2,查表 8-5c 和 8-5d 得: (心+ 3。冷匕 〃()二4. 2kw, Ap0=l. 2kw, 查表8—8得:ka —0. 96,查表8—2得kt =0.

64、 89 ，所以: z = 皿 = 二4 根 (Po + 3o 帰(4.2 +1.2) * 0.96 * 0.89 (7) 計(jì)算預(yù)緊力Fn 由式 8-23 知:F =500*^. = (—-1) + ^V2 ”z Ka 查表 8-4 得:q=0. 12kg/m,所以， /r =[500*^-^- = (—-1) + O.I2*15.72]=366. 8N 0 15.7*4 0.96 (8) 計(jì)算作用在軸上的壓軸力尸卩，由式8-24得： F =2*z*/^*sin 魚= 2*4*366.8*sin 上竺二2908. 6N (9) 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 主動(dòng)輪：基準(zhǔn)直徑心產(chǎn)10

65、0mm〈2. 5d二120mm,所以采用實(shí)心式. 從動(dòng)輪：基準(zhǔn)直徑dJ2 = 200”和<300mm.可采用腹板式. 主動(dòng)輪設(shè)計(jì)如下： 圖6-2 從動(dòng)輪設(shè)計(jì)如下: 圖6?3 (10) 軸承的選擇： 山于軸承承受很大的徑向載荷，在工作過程中，軸向載荷兒乎為零.故選用圓錐滾子 軸承. 軸承型號(hào)為30215. 第七章控制系統(tǒng)的編程控制 控制系統(tǒng)的程序控制梯形圖如下: 啟動(dòng)電機(jī).鑄型開始轉(zhuǎn)動(dòng) 定時(shí)8杪 定時(shí)5分鐘 小車開始移動(dòng) 定時(shí)5抄 小車到位?停止移動(dòng) 澆包開始澆注 定時(shí)15抄 小車返回 第八章使用離心鑄造機(jī)的注意事項(xiàng)

66、8.1操作安全注意事項(xiàng) 離心鑄造生產(chǎn)中，必須注意操作安全以避免機(jī)器設(shè)備或人身事故，離心 鑄造機(jī)操作安全注意事項(xiàng)如下： 1. 經(jīng)常檢查鑄型有無裂縫、變形或損傷； 2. 每班開始工作前先要檢查機(jī)器各部分是否處于正常狀態(tài)，然后啟動(dòng)機(jī) 器，觀察機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常； 3. 離心鑄造機(jī)周圍工作地面必須清理干凈； 4. 澆注前，金屬型內(nèi)部一定要干燥，鑄型端蓋一定要牢固，放好安全罩。 5. 只有在鑄型完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，才能用手或工具觸摸鑄型； 離心鑄造工作地只能采用陽(yáng)光或白熾燈泡照明。 結(jié)束語(yǔ): 通過一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)離心鑄造有了進(jìn)一步的了解，在設(shè)計(jì)過程中閱 讀了大量的書籍，并受到老師的熱心講解和幫助，使自己對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過程有了較全 面的認(rèn)識(shí)，為今后的工作打下了基礎(chǔ)。 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和進(jìn)步，鑄造工業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，鑄造機(jī)器日益向快 速，自動(dòng)，精確的方向發(fā)展，離心鑄造機(jī)作為特種鑄造的主要機(jī)種之一，有著光明 的前景。 畢業(yè)設(shè)計(jì)由于時(shí)間的短暫，專業(yè)知識(shí)的欠缺，以及參考資料的不足，錯(cuò)誤之處 在所難免，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)改正。 在本次設(shè)計(jì)的過程中，我得到了蔡云秀老師的細(xì)心指導(dǎo)和大力幫助，同時(shí)鄭華 同學(xué)、聞富同學(xué)、孟其超同學(xué)、黃全榮同學(xué)也給予我很大的幫助，在此一并表示衷 心的感謝。 參考文獻(xiàn) 1, 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造專