特种铸造教学配套课件作者陈维平《特种铸造》第8章－离心铸造（3-4学时）-黄丹.ppt

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1、第8章离心铸造8.1概述8.2离心铸造原理8.3离心铸件的凝固及其组织8.4离心铸造工艺8.5离心铸造机及生产自动化8.6离心铸造的工艺适应性分析8.7离心铸造应用实例8-18.1概述一、离心铸造定义二、离心铸造特点图8-1离心铸造机群8-2离心铸造（CentrifugalCasting）是将液体金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力的作用下充填铸型和凝固形成的一种铸造方法。一、离心铸造定义图8-2离心铸造示意图8-3离心铸造的第一个专利是在1809年由英国人爱尔恰尔特（Erchardt）提出的，直到二十世纪初期这一方法才在生产中逐步被采用。我国在三十年

2、代也开始利用该项技术，在管、筒类铸件如铁管、铜套、缸套、双金属钢背铜套等方面，离心铸造几乎是一种主要的方法；此外在耐热钢辊道、一些特殊钢无缝纲管的毛坯，造纸机干燥滚筒等生产方面，离心铸造法的使用也很有成效。几乎一切铸造合金都可用于离心铸造法生产。离心铸件的最小内径可达8mm，最小壁厚可达2.5mm；最大直径3m，铸件的最大长度15m；离心铸件质量小至几克（金牙齿），大至十多吨。8-4二、离心铸造特点（1）液体金属能在铸型中形成中空的圆柱形自由表面，这样便可不用型芯就能铸出中空的铸件，大大简化了套筒，管类铸件的生产过程；（2）由于旋转时液体金属所产生的离心力

3、作用，离心铸造工艺可提高金属充镇铸型的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产；（3）由于离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂也易于自液体金属中排出，因此离心铸件的组织较致密，缩孔（缩松）、气孔、夹杂等缺陷较少；（4）消除或大大节省浇注系统和冒口方面的金属消耗；（5）铸件易产生偏析，铸件内表面较粗糙。内表面尺寸不易控制。8-58.2离心铸造原理一、离心立场与离心压力二、离心铸件内表面的形状三、离心力场中异相质点的径向移动8-6离心力(Centrifugalforce)就是物体作圆周运动而产生向心力的反作用力，比如洗衣机的脱水桶

4、就是使用离心运动的原理。F=ma=mω2r（8-1）这里a是向心加速度，a=ω2r，ω是角速度,r是半径；m是物体质量。离心力是在两种条件下产生的，是由物体的惯性运动力和中心束缚力交织在一起产生的，摆脱中心束缚力的物质便离心而去。一、离心立场与离心压力（1）离心力的产生图8-3离心力产生示意图8-7以卧式离心铸造为例，计算离心压力的公式可推导如下：截取卧式离心铸造时金属液的横断面：液体金属的外径R；自由表面的半径r0（不考虑重力场的影响）旋转角速度ω；（2）离心力计算公式的推导图8-4离心铸造时的离心立场与离心压力（教材图8-4）8-8在此断面的半径r处，

5、取一微小单元：厚度dr外边边长rdα内边边长(r-dr)dα其平均宽度[r-(dr/2)]dα此单元在轴向上的长度dz这一微小单元的体积[r-(dr/2)]dαdrdz该单元体积金属的质量m=ρ[r-(dr/2)]dαdrdz其质量中心应处于旋转半径为[r-(dr/2)]的弧上ρ[r-(dr/2)]2dαdrdzω2。8-9此离心力作用在微小单元的外径r处的金属液面上，该面的面积为rdαdz，所以由微小单元金属离心力引起的离心压力dp为：（8-2）此式中的dr<

6、半径为r处积分，得：式中，pr和pr0各为半径为r处和自由表面上的离心压力，而pr0=0，所以有：（8-4）此即为旋转金属液中旋转半径为r处的金属液中的离心压力计算式。8-11卧式离心铸造时，常可在不考虑重力场影响的假设下，单纯地把离心压力作为金属液质量力引起的压力。8-12立式离心铸造时，离心压力的计算式仍与前式p1-p2=ρgh一样，仅需注意r0的值随着铸件高度而变化，并非定值。因此在绕垂直轴旋转的金属液中的同一回转面上，离心压力值是随高度而变化的，在上部，压力值较小（因为r0值较大）；在下部，压力值较大。通过计算上、下两点的压力差的数值表面，可发现此

7、值刚好等于上、下两点的重力场压力差，即：式中，p1——同一回转面上上部某点处的离心压力；p2——同一回转面上下部某点处的离心压力；h——上、下两点间的高度差。图8-5立式离心力计算示意图8-13（1）立式离心铸造时液体金属的自由内表面形状二、离心铸件内表面形状图8-6立式离心铸造自由内表面计算示意图8-14可用水力学中欧拉方程式来求解立式离心铸造时金属液自由表面的形状。欧拉方程式的形式为：dp=ρ(Xdx+Ydy+Zdz)式中dp——相对静止液体中距离为dl（其坐标轴上的分量相应为dx、dy、dz）两点间的压力差；ρ——液体的密度；X，Y，Z——作用在所视

8、液体质点上的单位质量力，即由质量为1的液体质量引起的力。8-15设