Горизонтальные машины центробежного литья заготовок из металла: принцип действия и обзор 3 моделей

Центробежное кокильное литье – это технология, позволяющая создавать пустотелые круглые изделия из стали, чугуна, меди, алюминия, бронзы и других металлов. Метод основан на гравитационной силе. Благодаря ей расплавленная масса равномерно распределяется в кокиле. Этим способом обеспечивается формирование заготовок с минимальными дефектами.

Для производства пустотелых цилиндрических изделий применяются горизонтальные машины для центробежного кокильного литья. Они представляют собой стационарные установки, способные выпускать различную продукцию: от коротких втулок до многометровых труб.

Основы и сферы применения центробежного литья

База центробежного литья основывается на гравитационной силе, возникающей при вращении формы. Другими словами, литьё происходит под давлением силы тяжести самого расплава, без какого-либо внешнего воздействия. Жидкий металл заливается в вращающуюся литейную форму - кокиль^*, где под действием центробежной силы равномерно распределяется по стенкам, образуя заготовку. Этот процесс позволяет достичь высокой плотности металла и улучшить механические свойства изделий, таких как:

• трубы,
• кольца,
• втулки и цилиндры.

Применяемые в литье металлы: чугун, сталь, медь, алюминий, бронза, цинк, свинец, магний, титан, литий, а также их сплавы.

^*Кокиль (от франц. coquille – оболочка, раковина, скорлупа) — многоразовая металлическая литейная форма, используемая для производства пустотелой продукции под действием гравитационных сил.

История и развитие технологии

Центробежное литьё стало развиваться в начале XX века. Тогда инженеры начали понемногу внедрять в литейное оборудование вращающиеся литники для улучшения качества отливок. Результаты оказались намного лучше по сравнению с песчано-глинистой методикой. С тех пор технология развивалась и за немногим более ста лет претерпела серьёзные изменения. Например, современные литейные машины стали автоматизированными, а в конструкции внедряются новые износостойкие материалы. Это способствует увеличению производительности на фоне снижения затрат.

Преимущества и недостатки центробежного литья по сравнению с другими методами

Металлический кокиль, в отличие от песчано-глинистой формы, характеризуется значительно большей теплопроводностью, теплоёмкостью и прочностью, а также практически отсутствующей газотворностью и газопроницаемостью. Эти свойства обеспечивают литью в кокиль ряд преимуществ по сравнению с литьём в песчано-глинистую форму (ПГФ).

Преимущества:

• Металлические формы (кокили) используются многократно, в отличие от одноразовых ПГФ, обеспечивая большую чистоту поверхности и более точные размеры литых заготовок.
• Отсутствие ряда технологических операций, таких как приготовление, транспортировка и хранение формовочных смесей, позволяет в 2-4 раза увеличить выход продукции с 1 квадратного метра производственных площадей.
• Высокая скорость затвердевания и кристаллизации отливок приводит к более мелкой микроструктуре и улучшенным механическим свойствам материала.
• Отпадает необходимость в использовании формовочных смесей, снижая потребность в оборудовании для их приготовления, транспортировки и хранения; сокращаются грузопотоки и площади производственных/складских помещений.
• Возрастает производительность труда в 3-4 раза, а трудоёмкость изготовления отливок и их последующей механической обработки понижается на 40-60%.
• Снижается на 30-40% уровень брака отливок (засоров, пригорания, несоответствия размерам и т.д.).

Ещё к преимуществам стоит добавить: производство считается практически безотходным, поскольку металл используется почти полностью.

Однако существуют и недостатки, такие как:

• Возникновение внутренних напряжений в отливках и предрасположенность к образованию трещин.
• Литьё изделий небольших размеров (хотя есть машины, способные лить трубы длиной 8 м).
• Высокая стоимость оборудования по сравнению с другими методами литья.
• Трудности в получении тонкостенных отливок сложной формы.
• Склонность к образованию отбела в чугунных отливках.

Какие машины используют для литья?

Литьё осуществляется на горизонтальных и вертикальных машинах. Они представлены на рынке развёрнутым ассортиментом (О вертикальных модификациях расскажем в другой статье).

Горизонтальные машины для центробежного литья

Горизонтальные машины центробежного литья представляют собой устройства, в которых кокиль располагается в горизонтальной плоскости. Это позволяет эффективно использовать силу тяжести и гравитационную силу для формирования длинных заготовок.

Конструкция и основные элементы

Основные элементы горизонтальных машин:

• прочный корпус, обеспечивающий устойчивость и безопасность процессов,
• вращающаяся платформа для кокиля (или шпиндель),
• системы заливки и охлаждения,
• центрирующие штыри и втулки,
• вентиляционные системы,
• запирающие механизмы,
• плиты выталкивателей,
• выталкиватели,
• кокиль.

Принцип работы

Принцип работы горизонтальных машин аналогичен вертикальным. Однако в горизонтальных машинах расплавленный металл заливается в форму, которая вращается вокруг центральной оси, что позволяет достичь более равномерного распределения металла.

Ось вращения данной машины расположена горизонтально и используется для литья изделий, диаметр которых меньше их длины, таких как трубы, гильзы и втулки. Чаще всего это шпиндельные горизонтальные машины, которые обеспечивают равномерную толщину отливок по всей длине. Среди положительных характеристик таких машин можно отметить их бесшумность и долговечность.

Подшипники качения шпиндельного узла работают в масляной ванне, что значительно продлевает срок службы нагруженных агрегатов благодаря эффективному охлаждению и отсутствию сухого трения.

Окраска формы, в которую заливается расплавленный металл (изложница), обычно выполняется вручную с помощью краскораспылителя. Нагрев изложницы осуществляется газовой горелкой, а заливка расплавленного металла производится литейным ковшом через лоток.

Готовая отливка извлекается из машины двумя способами:

• Вручную с помощью клещей, если вес составляет менее 30 кг.
• С использованием гидравлического толкателя, если вес превышает 30 кг.

Управление машиной, как правило, полностью автоматизировано и осуществляется через специальный пульт.

Горизонтальные центробежные машины отличаются простотой в обслуживании, надёжностью в работе и возможностью быстрой замены форм, что особенно важно при большом ассортименте отливок.

Особенности литья пустотелых цилиндрических заготовок

Жидкий расплавленный металл заливается в нагретый до 250 °C вращающийся кокиль, который предварительно окрашивается для предотвращения прилипания изделия (ещё слой краски помогает регулировать скорость охлаждения и затвердевания металла, поскольку слишком быстрое остывание негативно сказывается на качественных характеристиках заготовки).

После того как металл равномерно распределился по внутренним стенкам формы, наружные поверхности этих стенок охлаждаются водой, что способствует кристаллизации металла.

По завершении процесса кристаллизации и охлаждения отливка извлекается из формы. Центробежные силы, возникающие при вращении формы, прижимают расплавленный металл к её поверхности, что приводит к уплотнению и удалению газовых и шлаковых включений.

В результате получается прочная отливка с хорошей плотностью, имеющая форму тела вращения.

Качество заготовок зависит от скорости вращения формы, температуры расплава и времени охлаждения. Правильная настройка этих параметров позволяет минимизировать дефекты.

Обзор моделей

Для наглядности предлагаем небольшой обзор трёх горизонтальных машин центробежного литья с кратким описанием и основными характеристиками.

1. Горизонтальная машина центробежного литья LJ-400 (LJ-600)

Горизонтальная машина центробежного литья LJ-400 и более мощная версия LJ-600 представляют собой современное оборудование, предназначенное для производства качественных отливок различных форм и размеров. Обе модели адресованы металлургическим, машиностроительным и другим предприятиям, где требуется высокая точность и эффективность литья.

Машины обеспечивают стабильное качество продукции от партии к партии благодаря современным технологиям и прочным конструкциям.

Преимущества LJ-400 и LJ-600:

• Универсальность. Возможность работы с различными размерами отливок делает машины подходящими для широкого спектра производственных задач.
• Эффективность. Высокая мощность и скорость шпинделя способствуют увеличению производительности и снижению времени цикла.
• Надёжность. Прочные материалы и качественная сборка обеспечивают долговечность всех узлов обеих машин.

Возможность регулировки скорости шпинделя при максимальной нагрузке от 0 до 1500 об/мин позволяет адаптировать процесс под конкретные требования изделий.

2. Консольная центробежная литейная машина J514 WELTOP MACHINERY

Консольная центробежная машина с горизонтальной осью J514 WELTOP MACHINERY предназначена для производства отливок такого типа, как втулки, фланцы, ролики, колёса и другие изделия с внутренней полостью из чёрных и цветных сплавов. Модель состоит из прочной рамы, привода, охлаждаемых подшипников, планшайбы, защитного кожуха, системы выталкивания отливки, системы охлаждения кокиля, заливочного желоба, а также системы управления с PLC и сенсорным дисплеем.

Оснастка (кокиль) крепится к планшайбе с помощью Т-образного крепежа. Рабочая поверхность кокиля обрабатывается противопригарным покрытием и затем подогревается до заданной температуры. После этого передняя крышка устанавливается на горловину кокиля и фиксируется зажимами.

Защитный кожух закрывается, и запускается вращение планшайбы, а также система охлаждения подшипников. При достижении установленного значения скорости вращения центробежная машина переходит на рабочую частоту, что позволяет заливать металл через заливочный желоб в рабочую область кокиля.

Преимущества:

• Регулировка толщины стенки и наружного диаметра отливок.
• Возможность получения отливок с направленной кристаллической решёткой.
• Простота обслуживания и быстрая замена форм, что особенно важно при изготовлении разнообразной продукции.

Модель является отличным выбором для предприятий, занимающихся производством металлических изделий. Высокая производительность, надёжность и простота в эксплуатации делают её незаменимым инструментом для эффективного литья.

3. Горизонтальные центробежные литейные машины Federal Pipe J522

Горизонтальные центробежные литейные машины с роликовой опорой Federal Pipe предназначены для производства труб большой длины из железа, легированной стали, бронзы или медного сплава, а также гильз, цилиндров и т.п.

Машины полностью управляются автоматизированными системами, использующими программируемые логические контроллеры (ПЛК) с функциями автоматической заливки, автоматического покрытия формы, автоматической очистки внутренней стенки формы и автоматического извлечения. Диаметр отлитых изделий составляет от 50 до 1000 мм, а длина – от 500 до 8000 мм.

Основные характеристики машины центробежного литья горизонтального типа:

• Автоматическая работа PLC.
• Автоматизированное покрытие и очистка внутренней стенки формы.
• Автоматическое извлечение трубы с помощью гидравлического вала.
• Производство отливок с превосходной металлургической структурой.
• Бесступенчатое регулирование скорости двигателя с преобразованием частоты.
• Защитное ограждение кожуха для предотвращения разбрызгивания горячего металла и охлаждающей воды.

Автоматизированные горизонтальные центробежные литейные машины Federal Pipe – это надёжное и эффективное решение для производителей, стремящихся оптимизировать свои процессы литья и повысить качество продукции. Благодаря современным технологиям и высокой производительности, эти модели являются отличным выбором для предприятий, работающих в области трубопроводной и трубной промышленности.

Заключение

Горизонтальные машины центробежного литья пустотелых цилиндрических заготовок представляют собой незаменимый инструмент в современном производстве. С их помощью достигается высокая точность и качество продукции. Производителям из металлургической отрасли рекомендуется обратить внимание на современные тенденции и инновации в этой области, чтобы оставаться конкурентоспособными на рынке.