Centrifugalno lijevanje, također poznat kao rotocasting, svestrana je tehnika lijevanja metala koja se intenzivno koristi za proizvodnju cilindričnih i cjevastih komponenti.
Objašnjenje procesa centrifugalnog lijevanja
Koristi centrifugalne sile koje generiraju rotirajući kalupi za postizanje visokog radijalnog tlaka, tjerajući rastaljeni metal prema stjenkama kalupa kako bi se dobili fino zrnati odljevci s izvrsnim mehaničkim svojstvima (Tschirschwitz et al., 2021.).
Kod vodoravnog lijevanja, sklop kalupa koji sadrži punjenje rastaljenog metala rotira se oko svoje osi unutar nepomične vanjske ljuske. Brzina rotacije može varirati od 300 okretaja u minuti do preko 1000 okretaja u minuti, ovisno o veličini komponente i metalurgiji. Metalni naboj doživljava vanjsko polje centrifugalne sile koje tjera tekućinu prema unutarnjoj površini kalupa, zamjenjujući zrak manje gustoće (Liu et al., 2018.).
Kako se rastaljeni metal skrućuje u dodiru s relativno hladnom stijenkom kalupa, smrzavanje napreduje prema unutra prema središtu. Visoki radijalni pritisak održava blizak kontakt s kalupom, smanjujući nedostatke skupljanja na minimum. Fina zrna s jednakom osi uzrokovana brzim skrućivanjem u kombinaciji s učinkom pritiska daju odljevke vrhunske gustoće, čvrstoće i rastegljivosti.
Prikladan je za osnosimetrične komponente poput cijevi, cijevi, prstenova, cilindara i rukavaca od širokog raspona metala na temelju gustoće, viskoznosti taline i karakteristika skrućivanja (Tschirschwitz et al., 2021.). Lake legure obično imaju manju fluidnost za učinkovito punjenje.
Vrste postupaka centrifugalnog lijevanja
Dvije glavne varijante uključuju pravo lijevanje i polucentrifugalno (Tschirschwitz et al., 2021.):
1. Pravo lijevanje uključuje izlijevanje rastaljenog metalnog punjenja u rotirajući kalup. Metal mora pokazivati odgovarajuću fluidnost da ispuni kalup pod djelovanjem centrifugalnih sila. Lake legure mogu zahtijevati sustave za izlijevanje pod tlakom.
2. Polucentrifugalno ili centrifugiranje koristi početne stacionarne kalupe koji su napunjeni metalom, nakon čega slijedi ubrzanje sastavljanja kako bi se punjenje rasporedilo po stjenkama prije skrućivanja. To omogućuje lijevanje legura manje fluidnosti.
Osim toga, postoje vertikalni centrifugalni procesi u kojima se kalup okreće oko horizontalne osi. Scheibelov postupak tjera metal u kalupe s okomitim ljuskama s gornjim punjenjem pod pritiskom plina. Kontinuirano okomito lijevanje omogućuje nesmetanu proizvodnju.
Pregled koraka procesa centrifugalnog lijevanja
Iako se određeni detalji razlikuju, opći slijed koraka uključuje (Yang et al., 2020.):
1. Priprema kalupa - Cilindrični ili cjevasti keramički kalupi za ulaganje izrađuju se sa željenim unutarnjim profilom, dimenzijama i završnom obradom površine. Sklop kalupa uključuje sustave za vođenje i potporu.
2. Montaža - Sklop kalupa sigurno je pričvršćen na horizontalucentrifugalno lijevanjestroj sposoban za kontrolirano ubrzanje i stabilnu rotaciju.
3. Izlijevanje - Pri potrebnoj brzini rotacije, rastopljeni metalni šaržer se ulijeva/ubrizgava u kalup za predenje. Simulacije protoka tekućine mogu optimizirati punjenje.
4. Stvrdnjavanje - Kako se metal smrzava u kontaktu sa stijenkama kalupa, predenje nastavlja održavati pritisak sve dok se cijeli odljevak ne skrutne. Infracrveni senzori nadziru proces.
5. Hlađenje i uklanjanje - Nakon skrućivanja, rotacija se zaustavlja i odljevak se hladi u kontroliranim uvjetima prije vađenja iz kalupa i uklanjanja.
6. Rezanje i naknadna obrada - Cilindrični odljevci režu se na potrebne duljine i podvrgavaju završnim koracima kao što su toplinska obrada, ravnanje i strojna obrada.
Stoga iskorištava rotacijske sile za proizvodnju visokokvalitetnih odljevaka koji se ne mogu postići statičnim procesima lijevanja.
Prednosti postupka centrifugalnog lijevanja
Ovaj se postupak često koristi za lijevanje cilindričnih dijelova i komponenti i ima nekoliko prednosti:
1. Visoka čistoća i kvaliteta materijala: Nečistoće i uključci, budući da su lakši od metala, imaju tendenciju pomicanja prema središtu dijela, koji se može strojno ukloniti, što rezultira odljevkom s manje nečistoća i nedostataka blizu površine.
2. Gusta i fina mikrostruktura: Visoki tlakovi dovode do fino zrnate mikrostrukture i gustog odljevka bez plinske poroznosti. Time se povećavaju mehanička svojstva konačnog proizvoda.
3. Dobra mehanička svojstva: Kombinacija sitnozrnate strukture i gustog lijevanja dovodi do superiornih mehaničkih svojstava kao što su vlačna čvrstoća i istezanje u usporedbi sa sličnim dijelovima izrađenim drugim postupcima lijevanja.
4. Minimalni gubitak: Proces stvara odljevke koji su blizu konačnog oblika s dobrom završnom obradom, često zahtijevajući manje strojne obrade i dorade, što smanjuje gubitak materijala i sekundarnu obradu.
5. Svestranost: Može primiti širok raspon metala i veličina, što ga čini svestranim za različite primjene i industrije.
6. Učinkovitost i ekonomičnost: Za velike proizvodne serije, to može biti ekonomičan izbor zbog učinkovitosti u korištenju materijala, manje radno intenzivne od nekih tradicionalnih metoda i mogućnosti automatizacije procesa.
7. Neovisno o gravitaciji: Budući da se ne oslanja na gravitaciju, proces može stvoriti ujednačeniju debljinu i strukturu unatoč složenim oblicima.
8. Unutarnja čvrstoća: centrifugalna sila zbija metal i gura nečistoće u provrt koji se mogu strojno obraditi, što rezultira zvukom i čvrstom metalnom komponentom.
9. Kontrola nad metalurgijom: centrifugalna sila pomaže u postizanju usmjerenog skrućivanja, što omogućuje bolju kontrolu nad metalurškim svojstvima.
Thecentrifugalno lijevanjepostupak, iako ima prednost za određene primjene, možda nije prikladan za sve vrste odljevaka ili materijala. Najučinkovitiji je za dijelove sa simetričnim oblikom oko osi, ali se može prilagoditi za proizvodnju dijelova bez rotacijske simetrije u određenoj mjeri uz odgovarajuću stručnost i opremu za dizajn. Ako ste zainteresirani za ovu uslugu, obratite se na info@welongpost.com!
Reference:
Liu, J. i sur. (2018). Ispitivanje i predviđanje sposobnosti punjenja aluminijske legure ZL101A u procesu horizontalnog centrifugalnog lijevanja. Advances in Mechanical Engineering, 10(6), 1-9.
Tschirschwitz, F. i sur. (2021). Centrifugalno lijevanje. U ASM Handbook, svezak 15: Casting (str. 784-792). ASM International.
Yang, F. i sur. (2020). Postupak centrifugalnog lijevanja cijevnih spojnica od nodularnog lijeva. Metali, 10(2), 246.