遠心鋳造とは何ですか?

1. 導入

遠心鋳造は、溶融金属が強い遠心力の下で固化する特殊な金属飼育プロセスとして際立っています.

メーカーが高統合を生み出すことを可能にします, 優れた機械的特性を持つ軸対称コンポーネント.

A.Gによって最初に特許を取得. ドイツのエックハート 1809 その後、19世紀に産業用パイプ生産のために洗練されました, 現在、このプロセスは、グローバルパイプとチューブの出力の推定15％を占めています.

不純物と方向性の凝集を最小限に抑える能力により、オイルからのセクターで遠心鋳造が不可欠になります & ガスから航空宇宙.

2. 遠心鋳造の定義と原則

遠心鋳造とは何ですか?

遠心鋳造で, 溶融金属は急速に回転する金型に入ります, 遠心力 (fc = m・ω²・r) 液体を外側に駆動します, 密集している, 欠陥のない固体.

回転速度を制御することにより、当然 100–500 rpm - ファウンドリーは力を生成します 20 Gからオーバー 200 g, 重力を劇的に上回る.

遠心力の役割

遠心力は、カビの外側半径に重い金属要素を集中させる, より軽い酸化物と包含物は穴の近くに残っています.

その結果, オペレーターは、内径「中心線」ドロップを機械加工します, との健全な金属を生み出します まで 30 % 重力キャストカウンターパートよりも高い引張強度.

水平対. 垂直鋳造

• 水平遠心鋳造: パイプや長いチューブに最適です, この方向は、長さを超える一貫した壁の厚さを維持します 10 メートル, 壁のバリエーションがあります ± 1 %.
• 垂直遠心鋳造: 短くなるのに適しています, 硬い部品（ブッシングやベアリングレースなど）は、床面積が少なくなり、同様の密度の改善を達成する必要があります。.

カビの回転, 力ダイナミクス, そして冷却

Foundriesは金型を予熱します 300–600°C, 次に、液体温度に金属を注ぎます (例えば。, 鋳鉄 1 420 °C).

カビが回転するように, 水ジャケットの冷却システムが熱を抽出します 5–10°C/min, 外部の固化を促進し、中心線の多孔性を防止します.

3. 遠心鋳造の種類

遠心鋳造には、いくつかの異なるバリエーションがあります, それぞれが特定のジオメトリに合わせて調整されました, 材料とパフォーマンスの要件.

真実 (従来の) 遠心鋳造

• プロセス: 溶融金属は滑らかに注がれます, 回転する円筒形; 重力はわずかな役割しか果たしていません.
• 特徴:

• • シームレスなチューブを生成します, 壁の厚さのパイプと中空のシリンダー 3 mm to 200 mm.
  • 外径で放射状の粒の流れと密度を供給します, 最大で引張強度を向上させます 30 % 重力に相当します.

• アプリケーション: 圧力パイプ (5ct火), エンジンシリンダーライナーとポンプケーシング.

半感染性鋳造

• プロセス: 遠心力と制御されたゲーティングを組み合わせます; 中央のコアは内部空洞を形成します (例えば。, スポーク).
• 特徴:

• • しっかりした中央のWebを必要とする部品に適しています, ギアブランクやフライホイールなど.
  • 金属分布のバランス: より重いセクションが金型の壁に向かって形成されます, ひれとスポークは、指示された飼料金属を受け取ります.

• アプリケーション: 自動車フライホイール, 機関車駆動ホイール, 大きな青銅のインペラ.

遠心分離 (マルチモールド) 鋳造

• プロセス: 複数の金型は、中央のスピンドルの周りに放射状に取り付けられています; 1つの注ぐと、数十の同一の鋳物が得られます.
• 特徴:

• • 小さいのに理想的です, 反復コンポーネント (例えば。, ベアリング, ブッシング).
  • 高スループットを達成します: シングル 10–m スピンドルはサポートできます 20–30型, 1時間あたり数百の部品を生産します.

• アプリケーション: ブッシングリング, バルブシート, 小さなインペラ.

垂直遠心鋳造

• プロセス: 型は垂直軸に回転します; 溶融金属は上部から入り、下方にいっぱいになります.

• 特徴:

• • コンパクトなフットプリントを提供します。通常、エクイプメントハイツが下にあります 3 メートル.
  • 内径の品質を優れた制御を提供し、短い部分の中心線の多孔度を排除します.

• アプリケーション: ベアリングスリーブ, ブッシング, ベアリングレース, および短いパイプセクション.

水平遠心鋳造

• プロセス: カビは水平軸ほど回転します; 金属は一端に注いで、固化する前に軸方向に移動します.

• 特徴:

• • 非常に長いキャスティングに拡張されます 10 メートル - 下の均一な壁の厚さの変動 ± 1 %.
  • スラグとドロスの除去を簡素化します, 不純物が穴に集中するように.

• アプリケーション: 長い圧力パイプ, 直径のチューブとレールカーのホイール.

真空遠心鋳造

• プロセス: オペレーターは金型チャンバーを避難させます < 10注ぐ前にpa, 次に、スピンして真空下で固化します.
• 特徴:

• • 溶解したガスと多孔度を減らします 80 %, スーパーアロと航空宇宙コンポーネントに不可欠です.
  • 化学純度を維持します, 反応合金のサウンドキャストを有効にします (例えば。, チタン).

• アプリケーション: タービンブレード, 航空宇宙カップリング, 高性能ベアリングレース.

4. 遠心鋳造で使用される材料

遠心鋳造は、非常に広範囲の材料を収容します, 伝統的なキャストアイアンから高度な超合金まで, そして、非金属溶融物でさえ.

メーカーは、最良のバランスをとる合金を選択します 機械的強度, 耐食性, 熱性能, そして 生産コスト.

鋳鉄

• 灰色の鉄 (ASTM A395/A536) ほぼ支配します 60 % 遠心鋳造の, 特に シリンダーライナー そして ポンプケース.
• 延性鉄 (グレード60–40–18) - の引張強度付き 415 MPA そして伸び 10 % - ようなアプリケーションの耐性に影響を与えます ローラーシェル.

炭素 & 合金鋼

• 炭素鋼 (例えば。, A216 WCB) 緊張強度を提供します 485 MPA の溶接性 圧力容器 そして バルブボディ.
• 低合金鋼 (例えば。, 4140, 4340), 熱処理されたとき, 到着 1 000+ MPA, スーティング ギア, シャフト, そして 高ストレスブッシング.

ステンレス鋼 & ニッケル合金

• オーステナイトグレード (アイシ 304, 316l, CF8M) 腐食に抵抗します 化学薬品 そして 食品加工 装置; 費用は20〜30です % さらに、キャスト後のメッキを排除します.
• 熱耐性合金 (310, 330) で強度を維持します 1 000 °C, に最適です 炉のロール そして 煙道パイプ.
• ニッケルベースの超合金 (合金 718, ワスパロイ), 価格はプレミアムですが, 届ける クリープ破裂強度 その上 600 MPA で 650 °C, のために重要です 航空宇宙ベアリング.

ブロンズ & 銅合金

• アルミニウムブロンズ (C95400, C95500) の引張強度を示します 450–550 MPa そして優れた 海洋腐食 抵抗 - で使用 インペラ そして プロペラハブ.
• 銅ニッケル (90–10, 70–30) 合金が組み合わされます 200–300 MPa 優れた強さ バイオフーリング そして 塩化 の抵抗 海水配管.

アルミニウム & マグネシウム合金

• アルミニウム (A356) で回転します 300–400 rpm 生産する 軽量, のような非磁気部品 ポンプハウジング; 熱伝導率が届きます 180 w/m・k.
• マグネシウム合金 (AZ91), あまり一般的ではありませんが (< 5 % ボリュームの), 最低密度を提供します (1.8 g/cm³) 専門用 自動車 そして エレクトロニクス ハウジング.

非金属

• ガラス: 遠心鋳造は、シームレスなガラスチューブを作成します 光学 そして 研究室 アプリケーション, 壁の耐性があります ± 0.2 mm.
• 熱可塑性科学: 新しいプロセスは、溶融ポリマーをスピンします (例えば。, ピーク) 高性能に 複合ライナー 腐食型容器用.

5. 機器とプロセスステップ

遠心鋳造は、特殊な機器と厳密に制御された一連の操作に依存しています.

このセクションで, 重要な機械の概要を説明します, 金型システム, 繰り返しの品質とスループットを確保するために、典型的なデータポイントが施行されています。.

成形機

• 水平スピンドルユニット

• • 力: 75–300 kW 電動モーターは型を駆動します 2 メートル 直径と 10 メートル 長さ.
  • 速度範囲: 100–400 rpm, 生成 20–150 g 金型ODでの遠心力の.
  • 応用: 長いチューブとパイプの生産, 軸方向の均一性が最も重要です.

• 垂直スピンドルユニット

• • フットプリント: コンパクトなデザインの下 3 メートル ヘッドルームが限られている高さフィットショップフロア.
  • 速度範囲: 150–500 rpm, 壁の厚さの短い鋳物に最適です 3–50 mm.
  • 応用: ベアリングスリーブ, ブッシング, および小径シリンダー.

金型タイプ

• 永久金属型

• • 製造: 精密にマシンの鋼または鋳鉄, 多くの場合、耐熱性があります 700 °C.
  • 再利用可能性: まで 500 サイクル 再浮上する前に; すべてのメンテナンス間隔 200 スピン.
  • 表面仕上げ: マシン後のAS -Cast RA 1.6〜3.2 µmを達成します.

• 消耗品の砂/セラミック型

• • 構成: 樹脂結合シリカ砂またはアルミナベースのセラミック.
  • アドバンテージ: 短期間のツールコストが低い; エキゾチックな合金に対応します.
  • 制限: 単一使用のみ, の典型的なサイクル時間で 5–10分 金型ごと.

注入技術と温度制御

1. カビの予熱

• • 温度: 300–600°C 熱ショックを防ぎ、均一な固化を確保するため.
  • 方法: 金型エンクロージャーに統合された電気誘導ヒーターまたはガス火のバーナー.

2. 金属の注入

• • 気温:

• • • 灰色の鉄: 1 400–1 450 °C
    • 炭素鋼: 1 480–1 520 °C
    • ステンレス鋼: 1 550–1 600 °C

• • 技術: 重力は静止したひしゃくに注がれたり、回転型に直接制御された「スピン注ぎ」に注ぎます.
  • レート: 50–200 kg/s, 乱流とガスの閉じ込めを最小限に抑えるために調整されます.

3. リアルタイム監視

• • センサー: 赤外線ピロメーターは、±でカビと溶融温度を追跡します 5 °C精度.
  • フィードバックループ: 自動化されたコントロールは、ターゲットの固化プロファイルを維持するために、速度と冷却の流れを調整します.

冷却, 凝固, および部品抽出

• 冷却システム

• • 水/オイルジャケット: でメディアを循環します 10–20 l/min, で熱を抽出します 5-15 kWあたり15 kW カビの表面の.
  • エアクエンチ: より小さな垂直ユニットで, 高速エアジェットは冷却速度を達成します 10 °C/s.

• 方向凝固

• • 戦略: 外側から入札の冷却の前面は、ボアに向かって収縮をチャネリングしながら、密なOD肌を促進します.
  • 結果: 中心線の多孔性を排除します; の引張強度の改善が得られます 20–30 %.

• スピンダウンと抽出

• • スピンダウン時間: 1–3分 完了した後, 外側のシェルの完全な固化を確保する.
  • 成形サイクル: 合計サイクル時間 - 摂取, 注ぐ, いいね, 抽出— range 5–30分 部品サイズに応じて.
  • 部品削除: 油圧または機械的なスプリットモールドシステムが開いています 50 バー プレッシャー, 次に、統合されたノックアウトピンを介してキャスティングを排出します.

6. 遠心鋳造の重要な利点

例外的な冶金品質

遠心鋳造の最も説得力のある利点の1つは、コンポーネントを生産する能力です 密集, 欠陥のない構造.

固化中に遠心力が発生したため (多くの場合、範囲 60 オーバー 100 GS), 不純物と包含物は金型の内面に向かって強制されます.

これらの低密度包有物は、機械加工中に簡単に除去できます, 高純度の外側構造を残します.

• 方向凝固 結果は問題になります, 外側に放射する均一な穀物構造.
• 気孔率は事実上排除されます, これは、パイプやライナーなどの圧力含有コンポーネントにとって重要です.

優れた機械的特性

遠心鋳造は、傑出した部品を提供します 抗張力, 降伏強度, 延性, と疲労抵抗.

これらの強化された機械的特性は、均一な微細構造と迅速かつ均一な冷却を通じて開発された精製粒子の結果です.

• 抗張力 までに改善することができます 30% 同じ合金の静的鋳物と比較してください.
• BNN (ブリネルの硬度番号) 通常、断面全体でより高く、より一貫しています.

寸法の安定性とネットの形状

このプロセスにより、部品の鋳造が可能になります 最終寸法に近い, 必要な後処理の量を最小化します. これにより、材料の廃棄物と加工時間が短縮されます.

• 壁の厚さは、内部で正確に制御できます ±0.5 mm, 直径の部品でも.
• 素晴らしい 同心性とまっすぐ - 特に水平遠心鋳造物で.

大量生産のコスト効率

初期セットアップはコストですが (例えば。, カビ製造, 機械投資) 比較的高いです,
遠心鋳造は、大規模な生産走行または高価値の製造において非常に経済的になります, 長寿命の部品.

• 拒否率の低下と スクラップが少ない.
• ツールメンテナンスの低下 砂や死の鋳造と比較してください.
• 溶接修理が少ない または熱処理サイクルが必要です.

生産速度が高い

カビは通常金属であり、繰り返し再利用されるためです, 彼らは許可します 急速な熱抽出と冷却.

これにより、固化時間が短縮されるだけでなく、可能になります より速いサイクル時間 パーツごと.

• 例えば, 典型的な ステンレス鋼の遠心パイプ (DN200, L = 1 m) キャストして冷却することができます 未満 30 分.

柔軟なサイジングとカスタマイズ

遠心鋳造は、幅広いパーツサイズに対応できます:

• 小さなブッシングから (50 MM彼女) 大きなチューブに (>2 長さのメートル)
• 壁の厚さの範囲 5 MMからオーバー 150 mm
• 炭素鋼からの材料, ステンレス鋼, ニッケル合金, ブロンズに

デザイナーはカビの速度を調整できます, 温度, カスタムアプリケーションのニーズを満たすための合金組成.

7. 制限と課題

• 高資本投資: ターンキー遠心細胞コスト 1〜200万米ドル.
• ジオメトリの制約: プロセスは、軸対称形状のみに適合します; 複雑な非円柱状態が他の方法を必要とします.
• サイズ & 壁のバリエーション: カビの直径は、最大実行可能なRPMに影響します; 薄壁のセクション (< 3 mm) リスク崩壊, 厚い壁 (> 200 mm) 不均一にクール.
• カビの侵食: 高速度の回転は金属型を着用します, すべてのメンテナンスを必要とする 200–300 サイクル.

8. 遠心鋳造のアプリケーション

遠心鋳造は、高統合を生み出すための礎石製造プロセスになっています, 円筒形, 幅広い産業にわたって回転的に対称的なコンポーネント.

密集する能力, 優れた機械的および冶金学的特性を持つ欠陥のない部品は、要求の厳しいアプリケーションに特に適しています.

業界	コンポーネントの例	典型的な資料
産業	パイプ, インペラ, ポンプハウジング	鋼鉄, 延性鉄, ブロンズ
自動車	ブレーキドラム, フライホイール, クラッチリング	鋳鉄, 合金鋼
航空宇宙	ジェットエンジンリング, タービンシール	ニッケルベースの超合金
発電	ボイラーチューブ, タービンリング, 袖	ステンレス鋼, インコネル, 合金鋼
油 & ガス	高圧コネクタ, カップリング	二重, スーパーデュプレックス, ニッケル合金
海兵隊	シャフトスリーブ, ポンプ部品, 水潤滑されたブッシング	私たちと, ブロンズ, ステンレス鋼
建築	ブロンズ柱, 装飾的なキャスティング	真鍮, ブロンズ

9. 他の鋳造方法との比較

遠心鋳造は、高統合を生成する能力のために、さまざまな金属鋳造技術の中で際立っています, 優れた機械的特性を持つネット形状コンポーネント.

しかし, 理想的な鋳造方法は、複数の要因であるGeometryに依存します, 音量, 料金, 材料, およびパフォーマンス要件.

このセクションでは、遠心鋳造と複数の観点から他の一般的な鋳造方法を比較します.

概要テーブル: 一目で鋳造方法

遠心鋳造を選択するタイミング

遠心鋳造が最適な選択です:

• 部分はです 対称的および円筒形 (例えば。, 袖, チューブ, リング).
• 高い機械的完全性と欠陥のない構造 必須です.
• 中から大規模な生産量 機器の投資を正当化します.
• 部品は下で動作します 腐食性, 高圧, または高症状の条件.

10. 遠心鋳造用語集

遠心鋳造の非常に専門的な性質を考えると, エンジニアとオペレーターは、要件を伝えるために正確な語彙に依存しています, 制御プロセス, 品質を確保します.

以下は、遠心–キャスト仕様で遭遇する一般的な用語と頭字語のキュレーションされた用語集です, 注文を買い物します, および検査報告書.

学期 / 頭字語	意味
I.A.W. (に従って)	パーツまたはプロセスは、参照された標準または仕様に準拠している必要があることを示します。, 「I.A.W. グールド 1213 仕様。」
FM / FM (仕上げられた機械加工)	キャスティングが最終機械加工パスを受け取って、指定された寸法と表面仕上げを達成することを示します.
rm / rm (粗い機械加工)	予備の機械加工操作を意味します, その後の仕上げ加工のために余分な在庫を残します.
rms (ルート平方)	表面粗さの統計的尺度; 低いRMS値 (例えば。, 1.6 µm) より滑らかな仕上げと相関します.
AC / A/C (キャストとして)	金型から取得された状態に残されたキャスティングについて説明します, キャスティング後の機械加工や研削なし.
TFA / tft (で終わる / に終了します)	すべての機械加工および仕上げ操作の後に達成されるターゲットの寸法または許容値を指定します.
RFQ (見積もりの​​リクエスト)	価格設定を求める顧客の正式な問い合わせ, リードタイム, 指定された鋳物を作成する機能.
uom (測定単位)	量または寸法が表される標準単位 (例えば。, インチ, ミリメートル, キログラム).
ln (長さ)	部品または機能の長さの寸法の略語, 通常、uomで指定されています.
数量 (量)	要求または注文された個々のピースまたはキャスティングの数.
ref (参照)	別の図面を指すために使用されます, 書類, または詳細については標準 (例えば。, 「ref dwg 1234」).
パソコン / PC (ピース / 作品)	個別の可算項目を示します。多くの場合、注文書またはパックリストで数量と交換可能に使用されます.
後 (注文書)	サプライヤーが合意された条件で指定された部品またはサービスを提供することを許可する買い手からの正式な文書.
tolr (許容範囲)	次元の許容変動, 表面仕上げ, またはプロパティ (例えば。, ±0.25mm).
BNN (ブリネルの硬度番号)	指定された荷重の下で硬化したボールによって作られたインデントの直径を測定することによって導出された硬度スケール - 鋳鉄の成績に使用されることはあります.
私たち (統一番号システム)	錬金術と鋳造合金の化学組成を独自に識別する英数字コード (例えば。, 灰色の鉄用のG10500, 蛍光ブロンズ用のC92200).
アイシ (アメリカン鉄鋼研究所)	スチールおよび鋳鉄製の指定と標準を発行する組織.
ASTM (アメリカのテストおよび材料協会)	材料の自発的なコンセンサス基準を開発および公開する国際機関, 遠心–キャスティング合金と試験方法を含む.
SFSA (Steel Founders 'Society of America)	ベストプラクティスを確立する業界団体, 炉のガイドライン, 鋼鋳造プロセスの冶金基準.
フォブ (船上で無料)	販売者がオリジンポートのキャリアに乗って商品を配達することを示す配送期間; バイヤーは、その時点からリスクと運賃のコストを引き受けます.
ss (ステンレス鋼)	10.5％以上のクロムを含む耐腐食性鉄ベースの合金; 多くの場合、化学物質の遠心鋳造で使用されます, 食べ物, および医療機器.

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11. 結論

遠心鋳造は、円筒形のコンポーネントに比類のないパフォーマンスを提供します, 結合 機械的な卓越性, 費用効率, そして 生産速度.

遠心力を活用することにより - 200 g - 製造業者は金属を濃縮します, 不純物を追放します, 機械加工を減らします.

材料科学と自動化が収束するように, 遠心鋳造は進化し続けます, 明日の要求に応える エネルギー, 交通機関, そして 高度な製造.

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FAQ

遠心鋳造にはサイズの制限がありますか?

はい. このプロセスは、幅広い直径に対応します (数センチから以上まで 3 メーター), 部品はそうでなければなりません 軸対称.

非常に小さな部品または非常に大きな部品は、カビの制限またはコストの考慮事項のために代替方法が必要になる場合があります.

遠心鋳造でどのような寛容を達成できるか?

典型的な公差:

• 外径: ±1.5 mmから±3.0 mm (as-cast)
• 壁の厚さ: ±2.0 mm
• 丸み: <0.5% 直径の
  最終的な許容範囲は、機械加工によって洗練できます, アプリケーションに応じて.

このプロセスでは、不純物と気孔率がどのように制御されていますか?

遠心力力不純物, スラグ, 穴または内径に向かってガス気泡, その後、機械加工できます.

このプロセスは、内部多孔性を大幅に削減し、構造的完全性を高めます.

遠心鋳造は、カスタムまたは低容量の生産に使用できますか?

はい, 特に、高強度と冶金の健全性が重要なコンポーネントの場合.

ツーリングとセットアップは砂の鋳造よりも複雑になる可能性がありますが, 重要な部品の場合 - 少量であっても、利点はしばしばコストを上回ります.