离心铸造讲义

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；
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概述
4）消除或大大节省浇注系统和冒口方面的金属消耗；
5）可利用金属液向外侧物体渗透的能力，在铸件外表 面上获得铸渗层，改善铸件表面性能。
6）铸件易产生偏析，铸件内表面较粗糙。内表面尺寸 不易控制。 7）适于离心铸造成形的铸件形状类型较少，但可生产 任何合金铸件，可采用多种铸型。
（式6）
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第一节 铸件在离心力场中的成形特点
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。
在r＝R处（铸件外表面），
PR
2
2
(R2
r02 )（式7）
3.立式离心铸造时，离心压力计算式与（式6、7）相同。
Pr
2
2
(r 2
r02 )
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第一节 铸件在离心力场中的成形特点
在立式离心铸造时，r0并非定值，而随铸件高度变化而 变化，在同一回转面上部，金属液离心压力较小（因r0值 较大），在下部，离心压力较大。上、下两点离心压力差
在自由表面上为等压面，即dP＝0，得：
Xdx Ydy Zdz 0
质点Ｍ的单位质量 力为w2r0，
x轴分量 X 2r0 cos 2 x
y轴分量Y 2r0 sin 2 y
Z轴分量Z＝0
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第一节 铸件在离心力场中的成形特点
则（ 2r0 cosdx 2r0 sin dy 0)
y 2x2 / 2g
（式8）可由：
推导
pr
2
2
(r 2
r02 )
h y y 2 (r 2 r 2)
上
2 g 下
0上
0下
2gh 2 (r 2 r 2 ) （式9）
0上
0下
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第一节 铸件在离心力场中的成形特点
又 P P 2 [( x2 r 2 ) (x2 r 2 )]
下
上
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第一节 铸件在ห้องสมุดไป่ตู้心力场中的成形特点
其x方向单位质量力 X＝mw2x w2x
(1)式
y方向单位质量力 Y＝w2 y g
(2)式
因自由表面为一回转面，故可不考虑Z
因自由表面上无压力差（为等压面），故:
dP＝0＝（Xdx Ydy） (3)式
将（1）、（2）代入（3）式，得：
w 2xdx gdy 0
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图5 立式离心铸造时金属液径向断面上的自由表面
第一节 铸件在离心力场中的成形特点 由水力学中的欧拉方程：
dP (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。
X,Y,Z—作用在所视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。
总之，离心铸造主要用来生产大批套、管类铸件，如 铸铁管、铜套、钢套、双金属钢背铜套等。此外，还可以 用于轮盘类铸件，如泵轮、电机转子等铸件的制造 。
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第一节 铸件在离心力场中的成形特点
（一）立式离心铸造时液体金属自由表面形状
1、立式离心铸造时金属液自由表面在径向断面上的曲线方程
设液体金属绕垂直轴y－y旋转，其角速度为w， 截取其径向端面，如图5所示。自由表面上任一液点 质点M（x，y）
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第一节 铸件在离心力场中的成形特点
（2）推导： 截取卧式离心铸造时金属液的横断面，如图9所示，
（取r处质点M），由欧拉方程式：
dP ( Xd x Ydy Zdz)
∵ 对r处质点M（x,y）
单位质量力为 2r
其X方向分量为 2x X
其y轴方向的分量为 2y＝Y
其z轴方向的分量为Z 0
2
下
0下
上
0上
（同一回转面x上＝x下）
2 (r2 r2 )
2
0上
0下
（式10）
将（式9）代入（式10），得
P P 2gh gh
下
上2
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2 xdx 2 ydy 0 移项后，积分得 x2 y2 r02
此圆方程即为自由表面在横断面上的曲线方程。
据此可推断，卧式离心铸造时，若不考虑重力场 影响，金属液自由表面是以旋转轴为轴线的圆柱面。
（考虑重力场，卧式离心铸造时金属液自由表面应 为近圆柱形表面，会引起偏心）。
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第一节 铸件在离心力场中的成形特点
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M（x,y）
图9 卧式离心铸造时旋转液体中的单位离心质量力
第一节 铸件在离心力场中的成形特点
则取r＝r0至r处的定积分。
Pr Pr0
r r0
(2xdx 2 ydy)
自由表面离心压力 pr0 0,则
Pr
2
2
r d(x2 y2)
r0
2
2
r dr 2
r0
2
2
(r 2
r02 )
1.金属液在垂直于轴线的横断面上的曲线方程 垂直于旋转轴截取金属液横断面，如图7。 在旋转角速度为w的金属液表面上，任取一质点M(x ,y ), 不考虑重力场的作用。
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图7 卧式离心铸造时，金属液横断面上的自由表面
第一节 铸件在离心力场中的成形特点
则由欧拉方程：
dP (Xdx Ydy Zdz)
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第一节 铸件在离心力场中的成形特点
立式离心铸造金属液自由表面在径向断面上所表 现的曲线方程式：
y w2x2 2g
（4）式
此方程为抛物线方程，顶点为坐标原点，据此可推 断立式离心铸造时，金属液自由表面为一绕垂直轴的回 转抛物面。
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第一节 铸件在离心力场中的成形特点 （二）卧式离心铸造时液体金属自由表面的形状
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图1(a) 立式离心铸造机
图2 卧式离心铸造机
概述
4、离心铸造的特点 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；
为：（即重力场引起的压力差）。（如图10）
P下 P上 gh
（式8）
式中，P上－同一回转面上上部某点处的离心压力
P下－同一回转面上下部某点处的离心压力 h－上、下两点的高度差。
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●M上（x上，y上） ●M下（x下，y下）
图10 立式离心铸造，同一回转面， 上、下两点离心压力差
第一节 铸件在离心力场中的成形特点
（三）离心压力 1. 概念
（在重力场中，由于液体重力的作用，在静止液体 的不同高度上，液体质点便会经受（或表现出）一定的 压力。）
离心铸造时，旋转的液体在离心力的作用下，在 其内部各点上也会产生压力，此种压力称为离心压力。 （类似于重力场中，液体质点经受的压力）。
2.离心压力表达式
（1）结果： Pr 2 (r 2 r02 ) / 2
特种铸造讲义
离心铸造讲义
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概述
1、实质 离心铸造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成形的一种铸造 方法。 2、分类（一）：铸型旋转轴在空间的位置分类
（1）立式离心铸造：旋转轴垂直，适用于生产高度小 于直径的圆环铸件。有时也生产异形铸件。见图1。
（2）卧式离心铸造：旋转轴水平，适用于生产长度大 于直径的筒、管类铸件。见图2。