Centrifugalno livenje, također poznat kao rotocasting, je svestrana tehnika livenja metala koja se intenzivno koristi za proizvodnju cilindričnih i cjevastih komponenti.
Objašnjenje procesa centrifugalnog livenja
Koristi centrifugalne sile koje stvaraju centrifugalni kalupi za stvaranje visokog radijalnog pritiska, tjerajući rastopljeni metal prema zidovima kalupa kako bi se dobili finozrnati odljevci s odličnim mehaničkim svojstvima (Tschirschwitz et al., 2021.).
Kod horizontalnog livenja, sklop kalupa koji sadrži punjenje rastopljenog metala rotira se oko svoje ose unutar nepokretne vanjske ljuske. Brzina rotacije može varirati od 300 o/min do preko 1000 o/min u zavisnosti od veličine komponente i metalurgije. Metalno punjenje doživljava vanjsko polje centrifugalne sile koje tjera tekućinu prema unutrašnjoj površini kalupa, zamjenjujući zrak niže gustine (Liu et al., 2018).
Kako se rastopljeni metal stvrdnjava u kontaktu sa relativno hladnom stijenkom kalupa, smrzavanje napreduje prema unutra prema centru. Visok radijalni pritisak održava prisan kontakt sa kalupom, minimizirajući defekte skupljanja. Fina ravnoosna zrna izazvana brzim očvršćavanjem u kombinaciji s efektom pritiska daju odljevke vrhunske gustine, čvrstoće i duktilnosti.
Pogodan je za osnosimetrične komponente kao što su cijevi, cijevi, prstenovi, cilindri i čahure od širokog spektra metala na osnovu gustoće, viskoziteta taline i karakteristika očvršćavanja (Tschirschwitz et al., 2021). Lake legure imaju manju tečnost za efikasno punjenje.
Vrste procesa centrifugalnog livenja
Dvije glavne varijante uključuju pravo livenje i polucentrifugalno (Tschirschwitz et al., 2021.):
1. Pravo livenje uključuje izlivanje punjenja rastopljenog metala u rotirajući kalup. Metal mora pokazati adekvatnu fluidnost da ispuni kalup pod djelovanjem centrifugalnih sila. Lake legure mogu zahtijevati sisteme za izlivanje pod pritiskom.
2. Polucentrifugalno ili centrifugiranje koristi u početku stacionarne kalupe koji su napunjeni metalom, nakon čega slijedi ubrzavanje sklopa kako bi se naboj proširio na zidove prije skrućivanja. Ovo omogućava livenje legura manje tečnosti.
Osim toga, postoje vertikalni centrifugalni procesi u kojima se kalup rotira oko horizontalne ose. Scheibelov proces prisiljava metal u kalupe za okomito okretanje školjki s gornjim dovodom pod pritiskom plina. Kontinuirano vertikalno livenje omogućava neprekidnu proizvodnju.
Pregled koraka procesa centrifugalnog livenja
Iako se specifični detalji razlikuju, opći slijed koraka uključuje (Yang et al., 2020.):
1. Priprema kalupa - Cilindrični ili cevasti keramički kalupi za ulaganje se izrađuju sa željenim unutrašnjim profilom, dimenzijama i završnom obradom površine. Sklop kalupa uključuje sisteme za vođenje i podršku.
2. Montaža - Sklop kalupa je sigurno pričvršćen na horizontalucentrifugalno livenjemašina sposobna za kontrolirano ubrzanje i stabilnu rotaciju.
3. Izlivanje - Pri potrebnoj brzini rotacije, rastopljeno metalno punjenje se sipa/ubrizgava u kalup za predenje. Simulacije protoka fluida mogu optimizirati punjenje.
4. Stvrdnjavanje – Kako se metal smrzava u kontaktu sa zidovima kalupa, centrifugiranje nastavlja da održava pritisak dok se cijeli odljevak ne očvrsne. Infracrveni senzori prate proces.
5. Hlađenje i uklanjanje - Nakon skrućivanja, rotacija se zaustavlja i odljevak se hladi pod kontroliranim uvjetima prije vađenja iz kalupa i uklanjanja.
6. Rezanje i naknadna obrada - Cilindrični odlivci se režu na potrebne dužine i podvrgavaju se završnim fazama kao što su termička obrada, ravnanje i mašinska obrada.
Stoga iskorištava rotacijske sile za proizvodnju visokokvalitetnih odljevaka nedostižnih kroz statične procese livenja.
Prednosti procesa centrifugalnog livenja
Ovaj proces se često koristi za livenje cilindričnih delova i komponenti i ima nekoliko prednosti:
1. Visoka čistoća i kvalitet materijala: Nečistoće i inkluzije, budući da su lakši od metala, imaju tendenciju da se pomjere prema centru dijela, koji se može strojno odvojiti, što rezultira odljevkom s manje nečistoća i defekata blizu površine.
2. Gusta i fina mikrostruktura: Visoki pritisci dovode do mikrostrukture sitnog zrna i gustog odljevka bez plinske poroznosti. Ovo povećava mehanička svojstva finalnog proizvoda.
3. Dobra mehanička svojstva: Kombinacija finozrnaste strukture i gustog livenja dovodi do superiornih mehaničkih svojstava kao što su vlačna čvrstoća i izduženje u poređenju sa sličnim delovima napravljenim drugim procesima livenja.
4. Minimalni gubitak: Proces stvara odljevke koji su blizu konačnog oblika sa dobrom završnom obradom površine, često zahtijevajući manje obrade i završne obrade, što smanjuje gubitak materijala i sekundarnu obradu.
5. Svestranost: može da primi širok spektar metala i veličina, što ga čini raznovrsnim za različite primene i industrije.
6. Efikasnost i ekonomičnost: Za velike serije proizvodnje, može biti ekonomičan izbor zbog efikasnosti upotrebe materijala, manje radno intenzivan od nekih tradicionalnih metoda i mogućnosti automatizacije procesa.
7. Nezavisno od gravitacije: Pošto se ne oslanja na gravitaciju, proces može stvoriti ujednačeniju debljinu i strukturu uprkos složenim oblicima.
8. Unutrašnja čvrstoća: Centrifugalna sila sabija metal i gura nečistoće u provrt koji se može obrađivati, što rezultira zvukom i čvrstom metalnom komponentom.
9. Kontrola nad metalurgijom: Centrifugalna sila pomaže u postizanju usmjerenog očvršćavanja, što omogućava bolju kontrolu nad metalurškim svojstvima.
Thecentrifugalno livenjeproces, iako je povoljan za određene primjene, možda neće biti prikladan za sve vrste odljevaka ili materijala. Najefikasniji je za dijelove sa simetričnim oblikom oko ose, ali se može prilagoditi za proizvodnju dijelova bez rotacijske simetrije u određenoj mjeri uz odgovarajuću ekspertizu i opremu. Ako ste zainteresovani za ovu uslugu, raspitajte se na info@welongpost.com!
Reference:
Liu, J. et al. (2018). Ispitivanje i predviđanje sposobnosti punjenja legure aluminijuma ZL101A u procesu horizontalnog centrifugalnog livenja. Napredak u mašinstvu, 10(6), 1-9.
Tschirschwitz, F. et al. (2021). Centrifugalno livenje. U ASM priručniku, tom 15: Casting (str. 784-792). ASM International.
Yang, F. et al. (2020). Proces centrifugalnog livenja za cevne spojeve od nodularnog livenog gvožđa. Metali, 10(2), 246.