Odlewanie odśrodkowe, znana również jako odlewanie rotacyjne, to wszechstronna technika odlewania metali, szeroko stosowana do produkcji elementów cylindrycznych i rurowych.
Wyjaśnienie procesu odlewania odśrodkowego
Wykorzystuje siły odśrodkowe generowane przez formy wirujące do wytworzenia wysokiego ciśnienia promieniowego, kierując stopiony metal w stronę ścianek formy, tworząc drobnoziarniste odlewy o doskonałych właściwościach mechanicznych (Tschirschwitz i in., 2021).
Podczas odlewania poziomego zespół formy zawierający ładunek stopionego metalu obraca się wokół własnej osi w nieruchomej osłonie zewnętrznej. Prędkość obrotowa może wahać się od 300 obr./min do ponad 1000 obr./min, w zależności od wielkości elementu i metalurgii. Ładunek metalu działa na zewnętrzne pole siły odśrodkowej, które wypycha ciecz w kierunku wewnętrznej powierzchni formy, zastępując powietrze o niższej gęstości (Liu i in., 2018).
Gdy roztopiony metal twardnieje w kontakcie ze stosunkowo chłodną ścianką formy, zamarzanie postępuje do wewnątrz, w kierunku środka. Wysokie ciśnienie promieniowe utrzymuje ścisły kontakt z formą, minimalizując wady skurczowe. Drobne, równoosiowe ziarna powstałe w wyniku szybkiego krzepnięcia w połączeniu z efektem ciśnienia dają odlewy o doskonałej gęstości, wytrzymałości i plastyczności.
Nadaje się do osiowosymetrycznych elementów, takich jak rury, rurki, pierścienie, cylindry i tuleje z szerokiej gamy metali w oparciu o gęstość, lepkość stopu i charakterystykę krzepnięcia (Tschirschwitz i in., 2021). Stopy lekkie mają zwykle niższą płynność, co zapewnia skuteczne wypełnienie.
Rodzaje procesów odlewania odśrodkowego
Dwa główne warianty obejmują odlewanie prawdziwe i półodśrodkowe (Tschirschwitz i in., 2021):
1. Prawdziwe odlewanie polega na wlaniu wsadu stopionego metalu do obracającej się formy. Metal musi wykazywać odpowiednią płynność, aby wypełnić formę pod działaniem sił odśrodkowych. Stopy lekkie mogą wymagać systemów zalewania pod ciśnieniem.
2. W procesie półodśrodkowym lub wirowaniu wykorzystuje się początkowo nieruchome formy wypełnione metalem, a następnie przyspiesza się montaż, aby rozprowadzić ładunek na ściankach przed zestaleniem. Umożliwia to odlewanie stopów o niższej płynności.
Dodatkowo istnieją pionowe procesy odśrodkowe, w których forma obraca się wokół osi poziomej. Proces Scheibela wtłacza metal do pionowo wirujących form skorupowych zasilanych od góry pod ciśnieniem gazu. Ciągłe odlewanie pionowe umożliwia nieprzerwaną produkcję.
Przegląd etapów procesu odlewania odśrodkowego
Chociaż szczegółowe szczegóły są różne, ogólna sekwencja kroków obejmuje (Yang i in., 2020):
1. Przygotowanie formy - Cylindryczne lub rurowe ceramiczne formy inwestycyjne są produkowane z pożądanym profilem wewnętrznym, wymiarami i wykończeniem powierzchni. Zespół formy obejmuje systemy prowadzenia i wsparcia.
2. Montaż — zespół formy jest bezpiecznie przymocowany do poziomuodlewanie odśrodkowemaszyna zdolna do kontrolowanego przyspieszania i stałego obrotu.
3. Wylewanie – przy wymaganej prędkości obrotowej wsad roztopionego metalu jest wlewany/wtryskiwany do formy przędzalniczej. Symulacje przepływu płynu mogą zoptymalizować napełnianie.
4. Zestalanie — gdy metal zamarza w kontakcie ze ściankami formy, wirowanie utrzymuje ciśnienie aż do zestalenia się całego odlewu. Czujniki podczerwieni monitorują proces.
5. Chłodzenie i usuwanie - Po zestaleniu zatrzymuje się obrót i odlew chłodzi się w kontrolowanych warunkach przed wyjęciem z formy i usunięciem.
6. Cięcie i obróbka końcowa - Odlewy cylindryczne są przycinane na wymagane długości i poddawane etapom wykańczającym, takim jak obróbka cieplna, prostowanie i obróbka skrawaniem.
W ten sposób wykorzystuje siły obrotowe do wytwarzania odlewów o wysokiej jakości, nieosiągalnych w procesach odlewania statycznego.
Zalety procesu odlewania odśrodkowego
Proces ten jest często stosowany do odlewania części i komponentów cylindrycznych i ma kilka zalet:
1. Wysoka czystość i jakość materiału: Zanieczyszczenia i wtrącenia, ponieważ są lżejsze od metalu, mają tendencję do przemieszczania się w kierunku środka części, co można obrobić, co skutkuje odlewem z mniejszą liczbą zanieczyszczeń i defektów w pobliżu powierzchni.
2. Gęsta i drobna mikrostruktura: Wysokie ciśnienia prowadzą do drobnoziarnistej mikrostruktury i gęstego odlewu wolnego od porowatości gazowej. Zwiększa to właściwości mechaniczne produktu końcowego.
3. Dobre właściwości mechaniczne: Połączenie drobnoziarnistej struktury i gęstego odlewu prowadzi do doskonałych właściwości mechanicznych, takich jak wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie, w porównaniu z podobnymi częściami wykonanymi w innych procesach odlewania.
4. Minimalne straty: W procesie powstają odlewy o kształcie zbliżonym do ostatecznego, z dobrym wykończeniem powierzchni, często wymagające mniejszej obróbki i wykończenia, co zmniejsza marnotrawstwo materiału i obróbkę wtórną.
5. Wszechstronność: może obsługiwać szeroką gamę metali i rozmiarów, dzięki czemu jest wszechstronny w różnych zastosowaniach i gałęziach przemysłu.
6. Wydajność i ekonomiczność: W przypadku dużych serii produkcyjnych może to być ekonomiczny wybór ze względu na efektywność wykorzystania materiału, mniej pracochłonność niż niektóre tradycyjne metody oraz możliwość automatyzacji procesu.
7. Niezależny od grawitacji: ponieważ proces ten nie opiera się na grawitacji, może stworzyć bardziej jednolitą grubość i strukturę pomimo skomplikowanych kształtów.
8. Solidność wewnętrzna: Siła odśrodkowa zagęszcza metal i wypycha zanieczyszczenia do otworu, które można usunąć obróbką, co skutkuje solidnym i solidnym metalowym elementem.
9. Kontrola nad metalurgią: Siła odśrodkowa pomaga w osiągnięciu kierunkowego krzepnięcia, co pozwala na lepszą kontrolę nad właściwościami metalurgicznymi.
Theodlewanie odśrodkoweproces, choć korzystny dla niektórych zastosowań, może nie być odpowiedni dla wszystkich typów odlewów i materiałów. Jest najbardziej skuteczna w przypadku części o symetrycznym kształcie wokół osi, ale można ją zaadaptować do produkcji części bez symetrii obrotowej, w pewnym stopniu, przy odpowiedniej wiedzy projektowej i sprzęcie. Jeśli jesteś zainteresowany tą usługą, skontaktuj się z nami pod adresem info@welongpost.com!
Bibliografia:
Liu, J. i in. (2018). Badanie i prognozowanie zdolności wypełniającej stopu aluminium ZL101A w procesie poziomego odlewania odśrodkowego. Postępy w inżynierii mechanicznej, 10(6), 1-9.
Tschirschwitz, F. i in. (2021). Odlewanie odśrodkowe. W podręczniku ASM, tom 15: Casting (str. 784-792). Międzynarodowy ASM.
Yang, F. i in. (2020). Proces odlewania odśrodkowego złączek rurowych z żeliwa sferoidalnego. Metale, 10(2), 246.
