Hvad er centrifugalstøbning?

1. Indledning

Centrifugalstøbning skiller sig ud som en specialiseret metalstøbningsproces, hvor smeltet metal størkner under intens centrifugalkraft.

Gør det muligt for producenter at producere høj integritet, Axisymmetriske komponenter med overlegne mekaniske egenskaber.

Først patenteret af A.G. Eckhardt i Tyskland i 1809 og senere raffineret i det 19. århundrede til industriel rørproduktion, Processen tegner sig nu for anslået 15% af det globale rør- og rørudgang.

Dens evne til at minimere urenheder og retningsbestemt størkning gør centrifugalstøbning uundværlig i sektorer, der spænder fra olie & gas til rumfart.

2. Definition og principper for centrifugalstøbning

Hvad er centrifugalstøbning?

I centrifugalstøbning, smeltet metal kommer ind i en hurtigt roterende form, hvor centrifugalkraft (Fc = m · ω² · r) driver væsken udad, producerer en tæt, Defekt -fri fast stof.

Ved at kontrollere rotationshastigheder - typisk 100–500 o / min—Foundries genererer kræfter af 20 g til over 200 g, dramatisk overgår tyngdekraften.

Rollen som centrifugalkraft

Centrifugalkraft koncentrerer tungere metalliske elementer ved formenens ydre radius, Mens lettere oxider og indeslutninger forbliver i nærheden af ​​boringen.

Følgelig, Operatører maskine væk fra den indre diameter "center -line" drop, giver lydmetal med op til 30 % Højere trækstyrke end tyngdekraften med tyngdekraften.

Vandret vs.. Lodret støbning

• Horisontal centrifugalstøbning: Ideel til rør og lange rør, Denne orientering opretholder ensartet vægtykkelse over længder overstiger 10 m, med vægvariationer under ± 1 %.
• Lodret centrifugalstøbning: Velegnet til kortere, Stive dele - som bøsninger og bærende løb - Vertiske opsætninger kræver mindre gulvplads og opnår lignende tæthedsforbedringer.

Formrotation, Tving dynamik, og afkøling

Støberier forvarm forme til 300–600 ° C., Hæld derefter metal ved sin liquidus -temperatur (F.eks., støbejern kl 1 420 ° C.).

Som formen drejer, Et vandjakket kølesystem udtrækker varme ved 5–10 °C/min, Fremme af størkning uden for ensartet.

3. Typer af centrifugalstøbning

Centrifugalstøbning findes i flere forskellige varianter, Hver skræddersyet til specifikke geometrier, Materialer og præstationskrav.

ægte (Konventionel) Centrifugalstøbning

• Behandle: Smeltet metal hælder i en glat, roterende cylindrisk form; Tyngdekraften spiller kun en mindre rolle.
• Funktioner:

• • Producerer sømløse rør, rør og hule cylindre med vægtykkelser fra 3 mm til 200 mm.
  • Leverer radial kornstrøm og fortætning ved den ydre diameter, øge trækstyrken med op til 30 % Over tyngdekraft -lastede ækvivalenter.

• Applikationer: Trykrør (5CT FIRE), Motorcylinderforinger og pumpehus.

Semi -centrifugal casting

• Behandle: Kombinerer centrifugalkraft med kontrolleret port; En central kerne danner interne hulrum (F.eks., eger).
• Funktioner:

• • Passer til dele, der kræver et solidt centralt web, såsom gearemner og svinghjul.
  • Balances metalfordeling: Tyngre sektioner dannes mod formvæggen, Mens finner og eger modtager rettet fodermetal.

• Applikationer: Automotive svinghjul, Lokomotivdrivende hjul, Store bronzehjul.

Centrifugeret (Multi -mold) Casting

• Behandle: Flere forme fastgøres radialt omkring en central spindel; Én hælder udbytter snesevis af identiske støbegods.
• Funktioner:

• • Ideel til lille, gentagne komponenter (F.eks., Lejer, bøsninger).
  • Opnår høj gennemstrømning: en enkelt 10–M Spindel kan understøtte 20–30 forme, producerer hundreder af dele i timen.

• Applikationer: Bushingringe, Ventilsæder, små skovlhjul.

Lodret centrifugalstøbning

• Behandle: Formen drejes på en lodret akse; smeltet metal kommer ind fra toppen og fylder nedad.

• Funktioner:

• • Tilbyder kompakt fodaftryk - Ægtehøjder, der typisk er under 3 m.
  • Giver fremragende kontrol over kvaliteten i den indre diameter og eliminerer centerlinieporøsitet i kortere dele.

• Applikationer: Bærer ærmer, bøsninger, bærer løb, og korte rørsektioner.

Horisontal centrifugalstøbning

• Behandle: Formen roterer omkring en vandret akse; metal hælder i den ene ende og rejser aksialt inden størkning.

• Funktioner:

• • Strækker sig til meget lange støbegods - ofte over 10 m- med ensartet vægttykkelse variation under ± 1 %.
  • Forenkler fjernelse af slagge og dross, Som urenheder koncentrerer sig om boringen.

• Applikationer: Lange trykrør, Stordiameterrør og jernbanehjul.

Vakuumcentrifugalstøbning

• Behandle: Operatører evakuerer skimmakammeret til < 10⁻² pa inden hældning, spin derefter og størkne under vakuum.
• Funktioner:

• • Reducerer opløste gasser og porøsitet med op til 80 %, Vigtigt for superlegeringer og rumfartskomponenter.
  • Opretholder kemisk renhed, Aktivering af lydstøbning af reaktive legeringer (F.eks., Titanium).

• Applikationer: Turbineblad, Aerospace -koblinger, Højtydende bærende løb.

4. Materialer, der bruges i centrifugalstøbning

Centrifugalstøbning har plads til et bemærkelsesværdigt bredt spektrum af materialer, fra traditionelle rollebesætningsbjælke til avancerede superlegeringer, og endda ikke -metalliske smelter.

Producenter vælger den legering, der bedste balancer Mekanisk styrke, Korrosionsmodstand, Termisk præstation, og produktionsomkostninger.

Støbejern

• Grå jern (ASTM A395/A536) dominerer cirka 60 % af centrifugalstøbninger, især i Cylinderforinger og Pumpehus.
• Duktilt jern (Grad 60–40–18)- med trækstyrker af 415 MPA og forlængelser over 10 %—Adds påvirkningsmodstand for applikationer som Rollerskaller.

Kulstof & Legeringsstål

• Kulstofstål (F.eks., A216 WCB) give trækstyrker op til 485 MPA og svejsbarhed for Trykfartøjer og Ventillegemer.
• Lavlegeret stål (F.eks., 4140, 4340), Når varmebehandlet, nå 1 000+ MPA, Pasning Gear, aksler, og Bøsninger med høj stress.

Rustfrit stål & Nikkellegeringer

• Austenitiske kvaliteter (Aisi 304, 316L, CF8M) modstå korrosion i kemisk og madbehandling udstyr; De koster 20–30 % Mere men eliminerer post -lastet plettering.
• Varme -resistente legeringer (310, 330) Oprethold styrke kl 1 000 ° C., Ideel til Ovn ruller og Røgrør.
• Nickel -Base Superalloys (Legering 718, Waspaloy), Skønt præmie i pris, levere Krybbrudstyrke over 600 MPA på 650 ° C., kritisk for Luftfartslejer.

Bronze & Kobberlegeringer

• Aluminium Bronzes (C95400, C95500) udvise trækstyrker af 450–550 MPa og overlegen Marine korrosion modstand - brugte i skader og Propell Hubs.
• Kobber -nikkel (90–10, 70–30) Legeringer kombineres 200–300 MPa styrke med fremragende biofouling og chlorid modstand for Søgrør.

Aluminium & Magnesiumlegeringer

• Aluminium (A356) roterer ved 300–400 o / min at producere letvægts, Ikke -magnetiske dele som Pumpehuse; Termiske ledningsevne når 180 W/m · k.
• Magnesiumlegeringer (AZ91), dog mindre almindelig (< 5 % af volumen), Tilby den laveste tæthed (1.8 g/cm³) til specialiseret bilindustrien og elektronik huse.

Ikke -metaller

• Glas: Centrifugalstøbning skaber sømløse glasrør til optisk og laboratorium applikationer, med vægtolerancer ned til ± 0.2 mm.
• Termoplastik: Nye processer spin smeltede polymerer (F.eks., Kig) til højtydende sammensatte foringer til korrosive servicefartøjer.

5. Udstyr og processtrin

Centrifugalstøbning er afhængig af specialiseret udstyr og en tæt kontrolleret række af operationer.

I dette afsnit, Vi skitserer nøglemaskineriet, skimmelsystemer, og proceduremæssige trin - forbedret med typiske datapunkter - for at sikre gentagen kvalitet og gennemstrømning.

Støbemaskiner

• Horisontale spindelenheder

• • Magt: 75–300 kW Elektriske motorer kører forme op til 2 m i diameter og 10 m i længden.
  • Hastighedsområde: 100–400 o / min, generering 20–150 g af centrifugalkraft ved formen OD.
  • Anvendelse: Lang rør og rørproduktion, hvor aksial ensartethed betyder mest.

• Lodrette spindelenheder

• • Fodspor: Kompakte designs under 3 m Højde fit butikgulve med begrænset lofthøjde.
  • Hastighedsområde: 150–500 o / min, Ideel til kortere støbegods med vægtykkelser fra 3–50 mm.
  • Anvendelse: Bærer ærmer, bøsninger, og smådiametercylindre.

Formstyper

• Permanente metalforme

• • Fremstilling: Præcisionsmaskineret stål eller støbejern, Ofte opvarmes resistente til 700 ° C..
  • Genanvendelighed: Op til 500 cykler Før dukker op igen; Vedligeholdelsesintervaller hver 200 Spins.
  • Overfladefinish: Opnås som -Cast RA 1,6–3,2 um uden post -machining.

• Udgifter til sand/keramiske forme

• • Sammensætning: Harpiks -bundet silicasand eller aluminiumoxidbaseret keramik.
  • Fordel: Omkostninger til lavt værktøj til korte løb; Rummer eksotiske legeringer.
  • Begrænsning: Enkelt brug, med typiske cyklustider af 5–10 minutter pr. skimmel.

Hældningsteknikker og temperaturstyring

1. Formforvarmning

• • Temperatur: 300–600 ° C. For at forhindre termisk chok og sikre ensartet størkning.
  • Metode: Elektriske induktionsvarmere eller gasforbundne brændere integreret i formkabinettet.

2. Metalhældning

• • Temperaturer:

• • • Grå jern: 1 400–1 450 ° C.
    • Kulstofstål: 1 480–1 520 ° C.
    • Rustfrit stål: 1 550–1 600 ° C.

• • Teknik: Tyngdekraften hældes i en stationær sølv eller kontrolleret "spin -pour" direkte i den roterende form.
  • Sats: 50–200 kg/s, justeret for at minimere turbulens og gasindfangning.

3. Real -time overvågning

• • Sensorer: Infrarøde pyrometre sporer skimmel og smelte temperaturer med ± 5 ° C nøjagtighed.
  • Feedback Loops: Automatiserede kontroller justerer hældningshastighed og kølestrøm for at opretholde mål størkningsprofiler.

Afkøling, Størkning, og delekstraktion

• Kølesystemer

• • Vand/olijakker: Cirkulere medier kl 10–20 l/min, Uddrag varme ved 5–15 kW pr. M² af skimmeloverflade.
  • Luft sluk: I mindre lodrette enheder, Luftstråler med høj hastighed opnås kølehastigheder på 10 ° C/s.

• Retningsstørrelse

• • Strategi: Den ydre -til -inters kølefront fremmer en tæt OD -hud, mens den kanaliserer krympning mod boringen.
  • Resultat: Eliminerer centerlinie porøsitet; giver forbedringer af trækstyrke af 20–30 %.

• Spin -down og ekstraktion

• • Spin -down tid: 1–3 minutter Efter hældningsafslutning, sikre fuld størkning af den ydre skal.
  • Støbningscyklus: Samlede cyklustider - forbe, hælde, afkøle, Ekstrakt - Range 5–30 minutter Afhængig af delstørrelse.
  • Del fjernelse: Hydrauliske eller mekaniske split -mold -systemer åbne under 50 bar tryk, Udkast derefter støbegods via integrerede knock -out -stifter.

6. De vigtigste fordele ved centrifugalstøbning

Enestående metallurgisk kvalitet

En af de mest overbevisende fordele ved centrifugalstøbning er dens evne til at producere komponenter med tæt, defektfrie strukturer.

På grund af centrifugalkraften, der udøves under størkning (ofte lige fra 60 til over 100 Gs), Urenheder og indeslutninger tvinges til den indre overflade af formen.

Disse indeslutninger med lav densitet kan let fjernes under bearbejdning, efterlader en høj renheds ydre struktur.

• Retningsstørrelse resulterer i fint, ensartede kornstrukturer, der stråler udad.
• Porøsitet fjernes praktisk talt, hvilket er kritisk for trykholdige komponenter som rør og foringer.

Overlegne mekaniske egenskaber

Centrifugalstøbning leverer dele med enestående Trækstyrke, udbyttestyrke, Duktilitet, og træthedsmodstand.

Disse forbedrede mekaniske egenskaber er resultatet af den homogene mikrostruktur og raffinerede korn udviklet gennem hurtig og ensartet afkøling.

• Trækstyrke kan forbedres med op til 30% sammenlignet med statiske støbegods af den samme legering.
• Bnn (Brinell -hårdhedsnummer) er typisk højere og mere konsistent på tværs af tværsnit.

Dimensionel stabilitet og næsten netto form

Processen muliggør støbning af dele Tæt på endelige dimensioner, minimering af mængden af ​​krævet efterbehandling. Dette reducerer materialet affald og bearbejdningstid.

• Vægtykkelse kan kontrolleres nøjagtigt ± 0,5 mm, Selv på dele af store diameter.
• Fremragende Koncentricitet og retfærdighed- Specielt i vandrette centrifugalstøbninger.

Omkostningseffektivitet for stor volumenproduktion

Selvom de indledende opsætningsomkostninger (F.eks., Moldfremstilling, Maskininvesteringer) er relativt høje,
Centrifugalstøbning bliver ekstremt økonomisk i forhold til store produktionsløb eller i fremstillingen af ​​høj værdi, Dele lang levetid.

• Reducerede afvisningshastigheder og mindre skrot.
• Lavere vedligeholdelse af værktøjet Sammenlignet med casting af sand eller die.
• Færre svejsningsreparationer eller varmebehandlingscyklusser er nødvendige.

Høj produktionshastighed

Fordi forme typisk er metalliske og genbrugte gentagne gange, De tillader det Hurtig varmeekstraktion og afkøling.

Dette forkorter ikke kun størkningstider, men muliggør også Hurtigere cyklustider pr. del.

• For eksempel, En typisk Rustfrit stålcentrifugalrør (DN200, L = 1 m) kan kastes og afkøles mindre end 30 minutter.

Fleksibel størrelse og tilpasning

Centrifugalstøbning kan rumme en lang række delstørrelser:

• Fra små bøsninger (50 mm hende) til store rør (>2 meter i længden)
• Vægtykkelse lige fra 5 mm til over 150 mm
• Materialer fra kulstofstål, Rustfrit stål, Nikkellegeringer, til bronzes

Designere kan justere skimmelhastigheden, temperatur, og legeringssammensætning for at imødekomme brugerdefinerede applikationsbehov.

7. Begrænsninger og udfordringer

• Høj kapitalinvestering: En nøglefærdige centrifugalcelleomkostninger 1–2 millioner USD.
• Geometri -begrænsninger: Proces passer kun til aksymmetriske former; komplekse ikke -cylindriske dele kræver andre metoder.
• Størrelse & Vægvariation: Skimmeldiameter påvirker maksimal gennemførlig omdrejningstal; Tyndvæggede sektioner (< 3 mm) Risiko kollaps, Mens tykke vægge (> 200 mm) cool ujævnt.
• Form erosion: Højhastighedsrotation bærer metalliske forme, kræver vedligeholdelse hver 200–300 cykler.

8. Anvendelser af centrifugalstøbning

Centrifugalstøbning er blevet en hjørnestenfremstillingsproces til produktion af høj integritet, Cylindrisk, og rotationsmæssigt symmetriske komponenter på tværs af et bredt spektrum af industrier.

Dens evne til at levere tæt, Defektfri dele med overlegne mekaniske og metallurgiske egenskaber gør det særlig velegnet til krævende applikationer.

Industri	Komponenteksempler	Typiske materialer
Industriel	Rør, skader, Pumpehuse	Stål, Duktilt jern, bronze
Automotive	Bremsetrommer, svinghjul, Koblingsringe	Støbejern, Legeringsstål
Rumfart	Jet Engine Rings, Turbineforseglinger	Nikkelbaserede superlegeringer
Kraftproduktion	Kedelrør, Turbinringe, ærmer	Rustfrit stål, Inkonel, Legeringsstål
Olie & Gas	Højtryksstik, Koblinger	Duplex, Super duplex, Nikkellegeringer
Marine	Skaft ærmer, pumpe dele, Vandsmurte bøsninger	Med os, bronze, Rustfrit stål
Arkitektur	Bronzekolonner, Dekorative støbegods	Messing, bronze

9. Sammenligning med andre castingmetoder

Centrifugalstøbning skiller sig ud blandt forskellige metalstøbningsteknikker for sin evne til at producere højintegritet, Næsten-netformkomponenter med overlegne mekaniske egenskaber.

Imidlertid, Den ideelle casting -metode afhænger af flere faktorer - geometri, bind, koste, materiale, og præstationskrav.

Dette afsnit sammenligner centrifugalstøbning med andre almindelige castingmetoder fra flere perspektiver.

Oversigtstabel: Støbningsmetoder med et øjeblik

Hvornår skal man vælge centrifugalstøbning

Centrifugalstøbning er det optimale valg, når:

• Delen er Symmetrisk og cylindrisk (F.eks., ærmer, rør, ringe).
• Høj mekanisk integritet og defektfri struktur er obligatoriske.
• Medium til store produktionsmængder Justify Equipment Investment.
• Delen fungerer under ætsende, Højtryk, eller forhold med høj slår.

10. Centrifugal casting ordliste

I betragtning af den højt specialiserede karakter af centrifugalstøbning, Ingeniører og operatører stoler på et præcist ordforråd for at kommunikere krav, Kontrolprocesser, og sikre kvalitet.

Nedenfor er en kurateret ordliste over almindelige udtryk og akronymer, du vil støde på i centrifugal -lastende specifikationer, butiksbestillinger, og inspektionsrapporter.

Semester / Forkortelse	Definition
I.A.W. (I overensstemmelse med)	Angiver, at en del eller en proces skal overholde en refereret standard eller specifikation - f.eks., “I.A.W. Goulds 1213 spec. ”
FM / FM (Færdig bearbejdet)	Angiver, at støbningen modtager et endeligt bearbejdningskort for at opnå sine specificerede dimensioner og overfladefinish.
Rm / Rm (Grov bearbejdet)	Betyder en foreløbig bearbejdningsoperation, Forlader ekstra lager til efterfølgende finishbearbejdning.
RMS (Root Mean Squared)	Et statistisk mål for overfladefremhed; lavere RMS -værdier (F.eks., 1.6 µm) Korrelere med glattere finish.
Ac / Aircondition (Som rollebesætning)	Beskriver en støbning, der er tilbage i tilstanden, der er hentet fra formen, uden nogen bearbejdning eller slibning efter slibning.
Tfa / Tft (At afslutte ved / At afslutte til)	Specificerer måldimensioner eller tolerancer, der skal opnås efter al bearbejdning og efterbehandling.
RFQ (Anmodning om tilbud)	En kundes formelle undersøgelse, der søger prisfastsættelse, ledetider, og muligheder for at producere specificerede støbegods.
Uom (Måleenhed)	Standardenhed, hvor mængder eller dimensioner udtrykkes (F.eks., inches, millimeter, Kilogram).
Ln (Længde)	Forkortelse for længdedimensionen af ​​en del eller funktion, typisk i UOM specificeret.
Antal (Mængde)	Antal individuelle stykker eller castings anmodet eller bestilt.
Ref (Reference)	Bruges til at pege på en anden tegning, dokument, eller standard for yderligere detaljer (F.eks., “Ref DWG 1234”).
Pc / PCS (Stykke / Stykker)	Angiver diskrete tællbare genstande - ofte brugt ombytteligt med Antal i indkøbsordrer eller pakkelister.
Efter (Indkøbsordre)	Formelt dokument fra en køber, der bemyndiger en leverandør til at levere specificerede dele eller tjenester på aftalte termer.
Tolr (Tolerance)	Tilladelig variation i en dimension, overfladefinish, eller ejendom (F.eks., ± 0,25 mm).
Bnn (Brinell -hårdhedsnummer)	Hårdhedsskala afledt ved at måle diameteren på en indrykkning lavet af en hærdet kugle under specificeret belastning - ofte brugt til støbejernskvaliteter.
OS (Samlet nummereringssystem)	Alfanumerisk kode, der unikt identificerer den kemiske sammensætning af smede og støbte legeringer (F.eks., G10500 til grå jern, C92200 til fosfor bronze).
Aisi (American Iron and Steel Institute)	Organisation, der offentliggør stål- og støbejernsbetegnelser og standarder.
Astm (American Society for Testing and Materials)	Internationalt organ, der udvikler og offentliggør frivillige konsensusstandarder for materialer, inklusive centrifugal -slibning af legeringer og testmetoder.
SFSA (Steel Founders 'Society of America)	Handelsforening, der etablerer bedste praksis, Retningslinjer for ovn, og metallurgiske standarder for stålstøbningsprocesser.
Fob (Gratis om bord)	Forsendelsesperiode, der angiver, at sælgeren leverer varer ombord på en transportør i oprindelsesporten; Køber antager risiko og fragtomkostninger fra det tidspunkt.
Ss (Rustfrit stål)	Korrosionsresistent jernbaseret legering indeholdende ≥10,5% krom; ofte brugt i centrifugalstøbning til kemikalie, mad, og medicinsk udstyr.

Langhe Industry® er forpligtet til at levere både støbegods af høj kvalitet og klare, Handlingsberettigede oplysninger.

Skulle du have brug for dybere forklaringer eller have processpecifikke spørgsmål, Vores tekniske team er klar til at hjælpe.

11. Konklusion

Centrifugal casting leverer uovertruffen ydeevne for cylindriske komponenter, Kombination Mekanisk ekspertise, omkostningseffektivitet, og produktionshastighed.

Ved at udnytte centrifugalkraft - op til 200 g—Faneproducenter fortætter metal, udvise urenheder, og reducer bearbejdning.

Som materialevidenskab og automatisering konvergerer, Centrifugalstøbning vil fortsætte med at udvikle sig, opfylder morgendagens krav i energi, Transport, og Avanceret fremstilling.

På Langhe industri, Vi er klar til at samarbejde med dig i at udnytte disse avancerede teknikker til at optimere dine komponentdesign, Valg af materiale, og produktionsarbejdsgange.

At sikre, at dit næste projekt overstiger enhver ydelse og bæredygtigheds benchmark.

Kontakt os i dag!

 

FAQS

Er der størrelsesbegrænsninger i centrifugalstøbning?

Ja. Mens processen imødekommer en bred vifte af diametre (fra et par centimeter til over 3 meter), delen skal være Axisymmetrisk.

Meget små eller ekstremt store dele kan kræve alternative metoder på grund af formbegrænsninger eller omkostningsovervejelser.

Hvilke tolerancer kan opnås med centrifugalstøbning?

Typiske tolerancer:

• Ydre diameter: ± 1,5 mm til ± 3,0 mm (som cast)
• Vægtykkelse: ± 2,0 mm
• Rundhed: <0.5% af diameter
  Endelige tolerancer kan forbedres via bearbejdning, Afhængig af applikationen.

Hvordan styres urenheder og porøsitet i denne proces?

Centrifugalkraften kræfter urenheder, slagge, og gasbobler mod boringen eller den indre diameter, som derefter kan bearbejdes væk.

Denne proces reducerer den indre porøsitet i høj grad og forbedrer strukturel integritet.

Kan centrifugalstøbning bruges til tilpasset eller lavvolumenproduktion?

Ja, især for komponenter, hvor høj styrke og metallurgisk sundhed er kritisk.

Selvom værktøj og opsætning kan være mere kompliceret end sandstøbning, For kritiske dele - selv i lave mængder - opvejer fordelene ofte omkostningerne.