Qu'est-ce que le casting centrifuge?

1. Introduction

La coulée centrifuge se distingue comme un processus spécialisé en cassant de métal dans lequel le métal fondu se solidifie sous une force centrifuge intense.

Permettant aux fabricants de produire une grande intégrité, Composants axisymétriques avec des propriétés mécaniques supérieures.

Premièrement breveté par A.G. Eckhardt en Allemagne 1809 et plus tard raffiné au 19e siècle pour la production de tuyaux industriels, Le processus représente désormais environ 15% de la sortie globale des tuyaux et du tube.

Sa capacité à minimiser les impuretés et la solidification directionnelle rend la coulée centrifuge indispensable dans des secteurs allant de l'huile & gaz à l'aérospatiale.

2. Définition et principes de la coulée centrifuge

Qu'est-ce que le casting centrifuge?

En casting centrifuge, Le métal fondu entre dans un moule rotatif rapidement, où la force centrifuge (Fc = m · ω² · r) conduit le liquide vers l'extérieur, produire un dense, solide sans défaut.

En contrôlant les vitesses de rotation - généralement 100–500 tr / min—Les fonderies génèrent des forces de 20 g à plus 200 g, dépasser considérablement la gravité.

Le rôle de la force centrifuge

La force centrifuge se concentre des éléments métalliques plus lourds au rayon extérieur du moule, tandis que les oxydes et les inclusions plus légers restent près de l'alésage.

Par conséquent, Les opérateurs font l'abandon de la chute de «ligne centrale» du diamètre intérieur, produisant du métal sonore avec jusqu'à 30 % Force de traction plus élevée que les homologues de la gravité.

Horizontal vs. Coulée verticale

• Moulage centrifuge horizontal: Idéal pour les tuyaux et les tubes longs, Cette orientation maintient une épaisseur de paroi constante sur les longueurs dépassant 10 m, avec des variations de mur sous ± 1 %.
• Moulage centrifuge vertical: Adapté à plus court, parties rigides - comme les bagues et les courses de roulements - les configurations verticales nécessitent moins d'espace de plancher et réalisent des améliorations de densité similaires.

Rotation des moisissures, Dynamique de force, et refroidissement

Foundries préchauffer les moules à 300–600 ° C, puis verser du métal à sa température Liquidus (Par exemple, fonte à la fonte à 1 420 ° C).

Alors que le moule tourne, Un système de refroidissement à jaquette extrait la chaleur à 5–10 ° C / min, Promouvoir la solidification extérieure et prévenir la porosité centrale.

3. Types de moulage centrifuge

Le casting centrifuge est disponible en plusieurs variantes distinctes, chacun adapté à des géométries spécifiques, Matériaux et exigences de performance.

Vrai (Conventionnel) Casting centrifuge

• Processus: Le métal fondu se déverse dans un lisse, moule cylindrique rotatif; La gravité ne joue qu'un rôle mineur.
• Caractéristiques:

• • Produit des tubes sans couture, tuyaux et cylindres creux avec des épaisseurs de paroi de 3 mm à 200 mm.
  • Offre un flux et une densification radiales de grains au diamètre extérieur, augmenter la résistance à la traction 30 % les équivalents de lancement de gravité.

• Applications: Tuyaux de pression (Feu 5CT), Doublures de cylindre de moteur et boîtiers de pompe.

Coulée semi-centrifugale

• Processus: Combine la force centrifuge avec un déclenchement contrôlé; un noyau central forme des cavités internes (Par exemple, rayons).
• Caractéristiques:

• • Convient des pièces qui nécessitent un réseau central solide, comme des blancs de vitesses et des volants.
  • Équilibre la distribution des métaux: Les sections plus lourdes se forment vers la paroi de la moisissure, tandis que les nageoires et les rayons reçoivent du métal d'alimentation dirigé.

• Applications: Volants automobiles, Roues de conduite locomotive, GRANDS INSTRAUSEMENTS DE BRONZE.

Centrifugé (Multi-pulvérisé) Fonderie

• Processus: Plusieurs moules se fixent radialement autour d'une broche centrale; Un versant donne des dizaines de pièces moulées identiques.
• Caractéristiques:

• • Idéal pour petit, composants répétitifs (Par exemple, roulements, bagues).
  • Atteint un débit élevé: un seul 10‑ Spinde peut supporter 20–30 moules, produire des centaines de pièces par heure.

• Applications: Bagues de bague, sièges de soupape, petites étaux.

Moulage centrifuge vertical

• Processus: Le moule tourne sur un axe vertical; Le métal fondu pénètre du haut et se remplit vers le bas.

• Caractéristiques:

• • Offre une empreinte compacte - des hauteurs d'équipage généralement sous 3 m.
  • Offre un excellent contrôle sur la qualité du diamètre intérieur et élimine la porosité de la ligne centrale dans les pièces plus courtes.

• Applications: Manches de roulement, bagues, des courses, et sections de tuyaux courts.

Moulage centrifuge horizontal

• Processus: La moisissure tourne autour d'un axe horizontal; Le métal coule à une extrémité et se déplace axialement avant la solidification.

• Caractéristiques:

• • S'étend à de très longues pièces moulées - communément plus 10 m— Avec une variation d'épaisseur de paroi uniforme sous ± 1 %.
  • Simplifie l'élimination des scories et des scories, Alors que les impuretés se concentrent sur l'alésage.

• Applications: Tuyaux à longue pression, tubes de grand diamètre et roues de wagon.

Moulage centrifuge à vide

• Processus: Les opérateurs évacuent la chambre de moisissure pour < 10⁻² PA Avant de verser, puis tourner et se solidifier sous vide.
• Caractéristiques:

• • Réduit les gaz dissous et la porosité 80 %, essentiel pour les superalliages et les composants aérospatiaux.
  • Maintient la pureté chimique, activer le coulage du son d'alliages réactifs (Par exemple, titane).

• Applications: Lames de turbine, accouplements aérospatiaux, races de roulements hautes performances.

4. Matériaux utilisés dans la coulée centrifuge

La coulée centrifuge s'adapte à un spectre de matériaux remarquablement large, Des fers à fonds traditionnels aux superalliages avancés, Et même les fonte non métalliques.

Les fabricants sélectionnent l'alliage qui équilibre le mieux résistance mécanique, résistance à la corrosion, performance thermique, et Coût de production.

Fonte

• Fer gris (ASTM A395 / A536) domine approximativement 60 % des pièces moulées centrifuges, notamment dans revêtements de cylindre et tas de pompes.
• Fer à fonte ductile (Grade 60–40–18)- avec des forces de traction de 415 MPA et allongement sur 10 %—Adds une résistance à l'impact pour des applications comme coquilles à rouleaux.

Carbone & Aciers alliés

• Aciers au carbone (Par exemple, A216 WCB) fournir des forces de traction 485 MPA et la soudabilité pour vaisseaux de pression et corps de valve.
• Affiers à faible alliage (Par exemple, 4140, 4340), Lorsqu'il est traité à la chaleur, atteindre 1 000+ MPA, combinaison engrenages, arbres, et Bougchons à stress.

Aciers inoxydables & Alliages nickel

• Notes austénitiques (AISI 304, 316L, CF8M) résister à la corrosion dans chimique et procédure alimentaire équipement; Ils coûtent 20 à 30 % plus mais éliminer le placage post-cas.
• Alliages résistants à la chaleur (310, 330) maintenir la force 1 000 ° C, idéal pour rouleaux de fournaise et tuyaux de conduite.
• Superalliages à base de nickel (Alliage 718, Guérison), bien que la prime dans le prix, livrer Forces de rupture de fluage au-dessus de 600 MPA à 650 ° C, critique pour Roulements aérospatiaux.

Bronze & Alliages de cuivre

• Bronzes en aluminium (C95400, C95500) présenter des forces tractionuses de 450–550 MPA et supérieur corrosion maritime résistance - utilisée dans échange et centres d'hélice.
• Cuivre (90–10, 70–30) Les alliages se combinent 200–300 MPA force avec excellent bioful et chlorure résistance à tuyauterie d'eau de mer.

Aluminium & Alliages de magnésium

• Aluminium (A356) pivoter 300–400 tr / min pour produire léger, parties non magnétiques comme boîtiers de pompage; les conductivités thermiques atteignent 180 W / m · k.
• Alliages de magnésium (AZ91), Bien que moins courant (< 5 % de volume), Offrez la densité la plus basse (1.8 g / cm³) pour spécialisé automobile et électronique logements.

Non-métaux

• Verre: La coulée centrifuge crée des tubes en verre sans couture pour optique et laboratoire applications, avec des tolérances de paroi jusqu'à ± 0.2 mm.
• Thermoplastique: Processus émergents Spin Molten Polymers (Par exemple, Jeter un coup d'œil) en hauteur doublures composites pour les navires de service corrosif.

5. Équipement et étapes de processus

La coulée centrifuge repose sur des équipements spécialisés et une séquence d'opérations étroitement contrôlée.

Dans cette section, Nous décrivons la machinerie clé, systèmes de moisissure, et étapes de procédure - améliorées avec des points de données typiques - pour assurer une qualité et un débit reproductibles.

Machines de moulage

• Unités de broche horizontale

• • Pouvoir: 75–300 kW Les moteurs électriques entraînent des moules à 2 m de diamètre et 10 m en longueur.
  • Plage de vitesse: 100–400 tr / min, générateur 20–150 g de force centrifuge à la moisissure OD.
  • Application: Production de tubes longs et de tuyaux, où l'uniformité axiale compte le plus.

• Unités de broche verticales

• • Empreinte: Conceptions compactes sous 3 m Les planchers de la boutique à hauteur avec une marge limitée.
  • Plage de vitesse: 150–500 tr / min, Idéal pour des pièces moulées plus courtes avec des épaisseurs de paroi de 3–50 mm.
  • Application: Manches de roulement, bagues, et cylindres de petit diamètre.

Types de moisissures

• Moules métalliques permanents

• • Fabrication: Acier ou fonte maximum de précision, souvent résistant à la chaleur à 700 ° C.
  • Réutilisabilité: Jusqu'à 500 cycles Avant de resurfaçage; intervalles de maintenance tous les 200 tournure.
  • Finition de surface: Atteint RA de 1,6 à 3,6 à 3,2 µm.

• Sable consommable / moule en céramique

• • Composition: Sable de silice à base de résine ou céramique à base d'alumine.
  • Avantage: Coût d'outillage faible pour les courtes pistes; accueille des alliages exotiques.
  • Limitation: Unique unique, avec des temps de cycle typiques de 5–10 minutes par moisissure.

Techniques de versement et contrôle de la température

1. Préchauffage des moisissures

• • Température: 300–600 ° C Pour éviter les chocs thermiques et assurer une solidification uniforme.
  • Méthode: Rabagistes à induction électrique ou brûleurs à gaz intégrés dans le boîtier de la moisissure.

2. Coulée de métal

• • Températures:

• • • Fer gris: 1 400–1 450 ° C
    • Acier au carbone: 1 480–1 520 ° C
    • Acier inoxydable: 1 550–1 600 ° C

• • Technique: Gravity verser dans une louche stationnaire ou «spin-perspour» contrôlée directement dans le moule rotatif.
  • Taux: 50–200 kg / s, ajusté pour minimiser les turbulences et le piégeage de gaz.

3. Surveillance en temps réel

• • Capteurs: Les pyromètres infrarouges suivent les moisissures et les températures de fonte avec ± 5 ° C Précision.
  • Boucles de rétroaction: Les commandes automatisées ajustent la vitesse vers la vitesse et le flux de refroidissement pour maintenir les profils de solidification cible.

Refroidissement, Solidification, et extraction en partie

• Systèmes de refroidissement

• • Vestes à eau / huile: Faire circuler les médias à 10–20 L/min, extraire de la chaleur à 5–15 kW par m² de la surface du moule.
  • Quench: En unités verticales plus petites, Les jets d'air à grande vitesse atteignent les taux de refroidissement 10 ° C / S.

• Solidification directionnelle

• • Stratégie: Le front de refroidissement extérieur à invenant favorise une peau OD dense tout en canalisant le rétrécissement vers l'alésage.
  • Résultat: Élimine la porosité de la ligne médiane; donne une amélioration de la résistance à la traction de 20–30 %.

• Spin-down et extraction

• • Temps de spin: 1–3 minutes Après avoir terminé, Assurer une solidification complète de la coque extérieure.
  • Cycle de moulage: Total des temps de cycle - résumer, verser, cool, Extraire - Range 5–30 minutes en fonction de la taille des pièces.
  • Retrait des pièces: Des systèmes hydrauliques ou mécaniques divisés ouverts sous 50 bar pression, puis éjecter les moulages via des broches de knock-out intégrées.

6. Avantages clés de la coulée centrifuge

Qualité métallurgique exceptionnelle

L'un des avantages les plus convaincants de la coulée centrifuge est sa capacité à produire des composants avec dense, Structures sans défaut.

En raison de la force centrifuge exercée pendant la solidification (allant souvent de 60 au-dessus 100 GS), Les impuretés et les inclusions sont forcées vers la surface intérieure du moule.

Ces inclusions de basse densité peuvent être facilement retirées pendant l'usinage, quitter une structure extérieure de haute pureté.

• Solidification directionnelle se traduit par une amende, Structures de grains uniformes rayonnant vers l'extérieur.
• La porosité est pratiquement éliminée, qui est critique pour les composants contenant de la pression comme les tuyaux et les doublures.

Propriétés mécaniques supérieures

Le casting centrifuge fournit des pièces avec résistance à la traction, limite d'élasticité, ductilité, et résistance à la fatigue.

Ces propriétés mécaniques améliorées sont le résultat de la microstructure homogène et des grains raffinés développés par un refroidissement rapide et uniforme.

• Résistance à la traction peut être amélioré jusqu'à 30% par rapport aux pièces moulées statiques du même alliage.
• BNN (Numéro de dureté Brinell) est généralement plus élevé et plus cohérent entre les coupes transversales.

Stabilité dimensionnelle et forme proche du réseau

Le processus permet la coulée des pièces Proche des dimensions finales, Minimiser la quantité de post-traitement requise. Cela réduit les déchets de matériaux et le temps d'usinage.

• L'épaisseur de la paroi peut être contrôlée avec précision à l'intérieur ± 0,5 mm, Même sur des pièces de grand diamètre.
• Excellent concentricité et rectitude- en particulier dans les pièces moulées centrifuges horizontales.

Rentabilité pour la production de grands volumes

Bien que la configuration initiale coûte (Par exemple, fabrication de moisissures, Investissement en machine) sont relativement élevés,
La coulée centrifuge devient extrêmement économique sur de grands cycles de production ou dans la fabrication de valeurs élevées, parties de longue durée.

• Réduction des taux de rejet et Moins de ferraille.
• Maintenance d'outillage inférieure par rapport à la coulée de sable ou de matrice.
• Moins de réparations de soudure ou des cycles de traitement thermique sont nécessaires.

Vitesse de production élevée

Parce que les moules sont généralement métalliques et réutilisés à plusieurs reprises, Ils permettent Extraction de chaleur rapide et refroidissement.

Cela raccourcit non seulement les temps de solidification, mais permet également temps de cycle plus rapide par pièce.

• Par exemple, un typique tuyau centrifuge en acier inoxydable (DN200, L = 1 m) peut être coulé et refroidi moins que 30 minutes.

Dimensionnement et personnalisation flexibles

La coulée centrifuge peut accueillir une large gamme de tailles de partie:

• Des petites bagues (50 mm elle) aux grands tubes (>2 mètres de longueur)
• Épaisseur de paroi allant de 5 mm à plus 150 mm
• Matériaux des aciers au carbone, aciers inoxydables, alliages nickel, aux bronzes

Les concepteurs peuvent ajuster la vitesse du moule, température, et la composition en alliage pour répondre aux besoins des applications personnalisées.

7. Limitations et défis

• Investissement en capital élevé: Un coût des cellules centrifuges clé en main 1 à 2 millions USD.
• Contraintes de géométrie: Procéder des combinaisons de formes axisymétriques uniquement; Les pièces non cylindriques complexes nécessitent d'autres méthodes.
• Taille & Variation du mur: Le diamètre de la moisissure influence un régime maximal faisable; sections minces (< 3 mm) s'effondrer les risques, tandis que les murs épais (> 200 mm) cool inégalement.
• Érosion de la moisissure: La rotation à haute vitesse porte les moules métalliques, nécessitant l'entretien de chaque 200–300 cycles.

8. Applications de la coulée centrifuge

La coulée centrifuge est devenue un processus de fabrication de pierres angulaires pour produire une grande intégrité, cylindrique, et des composants symétriques en rotation à travers un large éventail d'industries.

Sa capacité à fournir dense, Les pièces sans défaut avec des propriétés mécaniques et métallurgiques supérieures le rendent particulièrement bien adapté aux applications exigeantes.

Industrie	Exemples de composants	Matériaux typiques
Industriel	Tuyaux, échange, boîtiers de pompage	Acier, fer à fonte ductile, bronze
Automobile	Finesse, volants, boucles d'embrayage	Fonte, aciers alliés
Aérospatial	Anneaux de moteur à réaction, sceaux de turbine	Superalliages à base de nickel
Production d'électricité	Tubes de chaudière, anneaux de turbine, manches	Acier inoxydable, Décevoir, aciers alliés
Huile & Gaz	Connecteurs à haute pression, accouplements	Duplex, super duplex, alliages nickel
Marin	Manches d'arbre, Pump Pièces, bagues à eau	Avec nous, bronze, acier inoxydable
Architecture	Colonnes en bronze, pièces moulées décoratives	Laiton, bronze

9. Comparaison avec d'autres méthodes de casting

La coulée centrifuge se distingue parmi les différentes techniques de coulée de métaux pour sa capacité à produire une grande intégrité, Composants de forme proche du réseau avec des propriétés mécaniques supérieures.

Cependant, La méthode de coulée idéale dépend de plusieurs facteurs: la géométrie, volume, coût, matériel, et les exigences de performance.

Cette section compare la coulée centrifuge avec d'autres méthodes de coulée courantes sous plusieurs perspectives.

Table de vue: Méthodes de coulée en un coup d'œil

Quand choisir la coulée centrifuge

La coulée centrifuge est le choix optimal lorsque:

• La pièce est symétrique et cylindrique (Par exemple, manches, tubes, anneau).
• Haute intégrité mécanique et structure sans défaut sont obligatoires.
• Volumes de production moyens à grands justifier l'investissement de l'équipement.
• La pièce fonctionnera sous corrosif, à haute pression, ou des conditions de grande valeur.

10. Glossaire de coulée centrifuge

Compte tenu de la nature hautement spécialisée de la coulée centrifuge, Les ingénieurs et les opérateurs comptent sur un vocabulaire précis pour communiquer les exigences, processus de contrôle, et assurer la qualité.

Vous trouverez ci-dessous un glossaire organisé des termes communs et des acronymes que vous rencontrerez dans les spécifications de la casse centrifugeuse, commandes de magasin, et rapports d'inspection.

Terme / Acronyme	Définition
I.A.W. (Conformément à)	Indique qu'une pièce ou un processus doit être conforme à une norme ou une spécification référencée - par exemple., «I.A.W. Gould 1213 Spec. "
FM / FM (Usindé fini)	Indique que la coulée reçoit une passe d'usinage finale pour atteindre ses dimensions spécifiées et sa finition de surface.
RM / RM (Enraginé)	Signifie une opération d'usinage préliminaire, Laisser un stock supplémentaire pour l'usinage final ultérieur.
RMS (Racine moyenne carrée)	Une mesure statistique de la rugosité de surface; Valeurs RMS inférieures (Par exemple, 1.6 µm) corréler avec les finitions plus lisses.
CA / A / C (Comme le casting)	Décrit une coulée à gauche dans la condition allongée du moule, Sans l'usinage ou le broyage après la case.
TFA / Tft (Pour finir à / Pour finir)	Spécifie les dimensions cibles ou les tolérances à atteindre après toutes les opérations d'usinage et de finition.
RFQ (Demande de devis)	La demande officielle d'un client demandant des prix, délai de plomb, et capacités pour produire des pièces moulées spécifiées.
Uom (Unité de mesure)	Unité standard dans laquelle des quantités ou des dimensions sont exprimées (Par exemple, pouces, millimètres, kilogrammes).
LN (Longueur)	Abréviation pour la dimension de longueur d'une pièce ou d'une fonctionnalité, Typiquement dans UOM spécifié.
Qté (Quantité)	Nombre de pièces individuelles ou de moulages demandés ou ordonnés.
Référence (Référence)	Utilisé pour pointer vers un autre dessin, document, ou standard pour plus de détails (Par exemple, "Ref dwg 1234").
PC / PCS (Morceau / Pièces)	Indique des articles dénombrables discrets - souvent utilisés interchangeables avec la qté dans les bons de commande ou les listes de packs.
Après (Commande d'achat)	Document formel d'un acheteur autorisant un fournisseur à fournir des pièces ou des services spécifiés à des conditions convenues.
Tolr (Tolérance)	Variation admissible dans une dimension, finition de surface, ou propriété (Par exemple, ± 0,25 mm).
BNN (Numéro de dureté Brinell)	Échelle de dureté dérivée en mesurant le diamètre d'une indentation faite par une boule durcie sous charge spécifiée - commune pour les grades en fonte.
NOUS (Système de numérotation unifiée)	Code alphanumérique qui identifie de manière unique la composition chimique des alliages forgés et coulés (Par exemple, G10500 pour le fer gris, C92200 pour le bronze phosphore).
AISI (American Iron and Steel Institute)	Organisation qui publie des désignations et des normes en acier et en fonte.
ASTM (Société américaine pour les tests et les matériaux)	Corps international qui développe et publie des normes de consensus volontaires pour les matériaux, y compris les alliages et méthodes de test centrifuges.
SFSA (Society of America des fondateurs de Steel)	Association professionnelle qui établit les meilleures pratiques, Lignes directrices de la fournaise, et normes métallurgiques pour les processus de coulée en acier.
GOUSSET (Gratuit à bord)	Terme d'expédition indiquant que le vendeur livre des marchandises à bord d'un transporteur au port d'origine; L'acheteur assume les frais de risque et de fret à partir de ce point.
SS (Acier inoxydable)	Alliage à base de fer résistant à la corrosion contenant ≥10,5% de chrome; Souvent utilisé dans la coulée centrifuge pour les produits chimiques, nourriture, et équipement médical.

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11. Conclusion

La coulée centrifuge offre des performances inégalées pour les composants cylindriques, combinaison excellence mécanique, économie, et vitesse de production.

En tirant parti de la force centrifuge - 200 g—Les fabricants densifient le métal, expulser les impuretés, et réduire l'usinage.

Comme la science des matériaux et l'automatisation convergent, La coulée centrifuge continuera d'évoluer, Répondre aux demandes de demain dans énergie, transport, et Fabrication avancée.

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FAQ

Y a-t-il des limites de taille dans la coulée centrifuge?

Oui. Tandis que le processus s'adapte à un large éventail de diamètres (de quelques centimètres à plus 3 mètres), La pièce doit être axisymétrique.

Les très petites ou extrêmement grandes pièces peuvent nécessiter des méthodes alternatives en raison des limitations de moisissures ou des considérations de coûts.

Quelles tolérances peuvent être obtenues avec le coulage centrifuge?

Tolérances typiques:

• Diamètre extérieur: ± 1,5 mm à ± 3,0 mm (à l'étranger)
• Épaisseur de paroi: ± 2,0 mm
• Rondeur: <0.5% de diamètre
  Les tolérances finales peuvent être affinées par l'usinage, Selon la demande.

Comment les impuretés et la porosité sont-elles contrôlées dans ce processus?

La force centrifuge force les impuretés, scories, et des bulles de gaz vers l'alésage ou le diamètre intérieur, qui peut alors être usiné.

Ce processus réduit considérablement la porosité interne et améliore l'intégrité structurelle.

La coulée centrifuge peut-elle être utilisée pour une production personnalisée ou à faible volume?

Oui, en particulier pour les composants où la haute résistance et la solidité métallurgique sont essentielles.

Bien que l'outillage et la configuration puissent être plus complexes que la coulée de sable, Pour les parties critiques, même en bas volumes - les avantages l'emportent souvent sur le coût.