Vad är centrifugalgjutning?

1. Introduktion

Centrifugalgjutning sticker ut som en specialiserad metallgjutningsprocess där smält metall stelnar under intensiv centrifugalkraft.

Vilket gör det möjligt för tillverkare att producera högintegritet, Axisymmetriska komponenter med överlägsna mekaniska egenskaper.

Först patenterad av A.g. Eckhardt i Tyskland i 1809 och senare förfinades på 1800 -talet för produktion av industriella rör, Processen står nu för uppskattningsvis 15% av den globala rör- och rörproduktionen.

Dess förmåga att minimera föroreningar och riktningsstelning gör att centrifugalgjutning är nödvändig i sektorer som sträcker sig från olja & Gas till flyg-.

2. Definition och principer för centrifugalgjutning

Vad är centrifugalgjutning?

I centrifugalgjutning, Smält metall kommer in i en snabbt roterande mögel, där centrifugalkraft (Fc = m · ω² · r) driver vätskan utåt, producerar en tät, defektfria solid.

Genom att kontrollera rotationshastigheter - vanligtvis 100–500 rpm—Foundries genererar krafter av 20 g till över 200 g, dramatiskt överträffar tyngdkraften.

Centrifugalkraftens roll

Centrifugalkraft koncentrerar tyngre metallelement vid formens yttre radie, Medan lättare oxider och inneslutningar förblir nära borrningen.

Följaktligen, Operatorer Maskin bort den inre diametern "mittlinjen" -fall, ger ljudmetall med fram till 30 % högre draghållfasthet än tyngdkraftsspänd motsvarigheter.

Horisontell vs. Vertikal gjutning

• Horisontell centrifugalgjutning: Perfekt för rör och långa rör, Denna orientering upprätthåller en konsekvent väggtjocklek över längder som överstiger 10 m, med väggvariationer under ± 1 %.
• Vertikal centrifugalgjutning: Passande för kortare, Styva delar - som bussningar och lager raser - Vertikala inställningar kräver mindre golvutrymme och uppnår liknande täthetsförbättringar.

Mögelrotation, Tvinga dynamik, och kylning

Gjuterier förvärmar formar till 300–600 ° C, Häll sedan metall vid dess flytande temperatur (TILL EXEMPEL., gjutjärn på 1 420 ° C).

När formen snurrar, Ett vattenjackat kylsystem extraherar värmen vid 5–10 ° C/min, Främja utanför stelning och förebyggande porositet i mittlinjen.

3. Typer av centrifugalgjutning

Centrifugalgjutning finns i flera distinkta varianter, var och en skräddarsydd efter specifika geometrier, Material och prestandakrav.

Sann (Konventionell) Centrifugalgjutning

• Behandla: Smält metall häller i en slät, roterande cylindrisk mögel; Gravity spelar bara en mindre roll.
• Drag:

• • Producerar sömlösa rör, rör och ihåliga cylindrar med väggtjocklekar från 3 mm till 200 mm.
  • Levererar radiellt kornflöde och densifiering vid den yttre diametern, Öka draghållfastheten med upp till 30 % Över tyngdkraftsekvivalenter.

• Ansökningar: Tryckrör (5CT -eld), Motorcylinderfoder och pumphöljen.

Halvcentrifugalgjutning

• Behandla: Kombinerar centrifugalkraft med kontrollerad grindning; En central kärna bildar inre hålrum (TILL EXEMPEL., tales).
• Drag:

• • Passar delar som kräver en solid central webb, som växelämnen och svänghjul.
  • Balansera metallfördelning: tyngre sektioner bildas mot mögelväggen, Medan fenor och ekrar får riktad fodermetall.

• Ansökningar: Fordonsvingare, lokkörningshjul, Stora bronsimpeller.

Centrifugerad (Multimold) Gjutning

• Behandla: Flera formar fästs radiellt runt en central spindel; En häll ger dussintals identiska gjutningar.
• Drag:

• • Perfekt för små, repetitiva komponenter (TILL EXEMPEL., skål, bussningar).
  • Uppnår hög genomströmning: en singel 10-M Spindel kan stödja 20–30 formar, producerar hundratals delar per timme.

• Ansökningar: Bussningsringar, ventilsäten, små impeller.

Vertikal centrifugalgjutning

• Behandla: Formen snurrar på en vertikal axel; Smält metall kommer in från toppen och fylls nedåt.

• Drag:

• • Erbjuder kompakt fotavtryck - utrustningshöjder vanligtvis under 3 m.
  • Ger utmärkt kontroll över inre diameterkvalitet och eliminerar mittlinjens porositet i kortare delar.

• Ansökningar: Bärande ärm, bussningar, LESING RACES, och korta rörsektioner.

Horisontell centrifugalgjutning

• Behandla: Formen roterar ungefär en horisontell axel; Metall häller i ena änden och reser axiellt före stelning.

• Drag:

• • Sträcker sig till mycket långa gjutningar - gemensamt över 10 m—Med enhetlig väggtjockleksvariation under ± 1 %.
  • Förenklar borttagning av slagg och dross, När föroreningar koncentreras vid borrningen.

• Ansökningar: Långa tryckrör, stordiameterrör och järnvägshjul.

Vakuumcentrifugalgjutning

• Behandla: Operatörer evakuerar mögelkammaren till < 10⁻² PA före hällningen, sedan snurra och stelna under vakuum.
• Drag:

• • Minskar upplösta gaser och porositet upp till 80 %, Väsentligt för superlegeringar och flyg- och rymdkomponenter.
  • Upprätthåller kemisk renhet, möjliggör ljudgjutning av reaktiva legeringar (TILL EXEMPEL., titan).

• Ansökningar: Turbinblad, flyg-, högpresterande bärande lopp.

4. Material som används i centrifugalgjutning

Centrifugalgjutning rymmer ett anmärkningsvärt brett spektrum av material, från traditionella roller till avancerade superlegeringar, och till och med icke -metalliska smälter.

Tillverkare väljer den legering som bäst balanserar mekanisk styrka, korrosionsmotstånd, termisk prestanda, och produktionskostnad.

Gjutjärn

• Grå järn (ASTM A395/A536) dominerar ungefär 60 % av centrifugalgjutning, särskilt i cylinderfoder och pumphöljen.
• Duktil järn (Grad 60–40–18)—Med draghållfasthet 415 MPA och förlängningar över 10 %—Adds påverkar motståndet för applikationer som rullskal.

Kol & Legeringsstål

• Kolstål (TILL EXEMPEL., A216 WCB) ge draghållfasthet upp till 485 MPA och svetsbarhet för tryckkärl och ventilkroppar.
• Stål med låg legering (TILL EXEMPEL., 4140, 4340), När värmebehandlad, nå 1 000+ MPA, dämpande växlar, axlar, och högkantsbussningar.

Rostfria stål & Nicklegeringar

• Austenitiska betyg (Aisi 304, 316L, CF8M) motstå korrosion i kemisk och matbearbetning utrustning; De kostar 20–30 % mer men eliminera plätering efter sändningen.
• Värmebeständiga legeringar (310, 330) bibehålla styrkan vid 1 000 ° C, Perfekt för ugnsrullar och rökrör.
• Nickelbasen superlegeringar (Legering 718, Waspaloy), men premie i pris, leverera krypstyrkor ovan 600 MPA på 650 ° C, kritisk för flyglager.

Brons & Kopparlegeringar

• Aluminiumbrons (C95400, C95500) utställning av draghållfasthet 450–550 MPa och överlägsen marinkorrosion motstånd - används i impeller och propellernav.
• Kopparspalt (90–10, 70–30) legeringar kombinerar 200–300 MPa styrka med utmärkt biofouling och klorid motstånd för havsvattenrör.

Aluminium & Magnesiumlegeringar

• Aluminium (A356) rotera på 300–400 rpm att producera lättvikt, icke -magnetiska delar som pumphus; Termiska konduktiviteter når 180 W/m · k.
• Magnesiumlegeringar (Az91), men mindre vanligt (< 5 % volym), Erbjud den lägsta densiteten (1.8 g/cm³) för specialiserad bil- och elektronik inhus.

Icke -metaller

• Glas: Centrifugalgjutning skapar sömlösa glasrör för optisk och laboratorium ansökningar, med väggtoleranser ner till ± 0.2 mm.
• Termoplast: Nya processer snurrar smältpolymerer (TILL EXEMPEL., TITT) till högpresterande sammansatt foder för frätande servicefartyg.

5. Utrustning och processsteg

Centrifugalgjutning förlitar sig på specialiserad utrustning och en tätt kontrollerad verksamhetssekvens.

I det här avsnittet, Vi beskriver de viktigaste maskinerna, mögelsystem, och procedursteg - förbättras med typiska datapunkter - för att säkerställa repeterbar kvalitet och genomströmning.

Gjutmaskiner

• Horisontella spindelenheter

• • Driva: 75–300 kW Elektriska motorer kör formar upp till 2 m i diameter och 10 m i längd.
  • Hastighetsområde: 100–400 rpm, alstrande 20–150 g av centrifugalkraft vid mögel OD.
  • Ansökan: Långt rör- och rörproduktion, där axiell enhetlighet är viktigast.

• Vertikala spindelenheter

• • Fotavtryck: Kompakt mönster under 3 m Höjd fit butiksgolv med begränsad utrymme.
  • Hastighetsområde: 150–500 rpm, Perfekt för kortare gjutning med väggtjocklekar från 3–50 mm.
  • Ansökan: Bärande ärm, bussningar, och cylindrar med små diameter.

Mögeltyper

• Permanenta metallformar

• • Tillverkning: Precisionspakat stål eller gjutjärn, ofta värmeresistent till 700 ° C.
  • Återanvändbarhet: Fram till 500 cykler Innan du återuppstår; underhållsintervall varje 200 spinn.
  • Ytfinish: Uppnår AS -sänd RA 1,6–3,2 um utan efterträdare.

• Förbrukningsbara sand/keramiska formar

• • Sammansättning: Hartsbundet kiseldioxidsand eller aluminiumoxidbaserad keramik.
  • Fördel: Låg verktygskostnad för korta körningar; rymmer exotiska legeringar.
  • Begränsning: Endast engångsanvändning, med typiska cykeltider på 5–10 minuter per mögel.

Hälltekniker och temperaturkontroll

1. Mögel förvärmning

• • Temperatur: 300–600 ° C För att förhindra termisk chock och säkerställa enhetlig stelning.
  • Metod: Elektriska induktionsvärmare eller gassprutade brännare integrerade i mögelhöljet.

2. Metallgjutning

• • Temperatur:

• • • Grå järn: 1 400–1 450 ° C
    • Kolstål: 1 480–1 520 ° C
    • Rostfritt stål: 1 550–1 600 ° C

• • Teknik: Gravity häll i en stationär slev eller kontrollerad "spin -pour" direkt i den roterande formen.
  • Hastighet: 50–200 kg/s, justerad för att minimera turbulens och gasuttag.

3. Realtidsövervakning

• • Sensorer: Infraröda pyrometrar spårar mögel och smältemperaturer med ± 5 ° C noggrannhet.
  • Återkopplingsslingor: Automatiserade kontroller Justera hastighet och kylflöde för att upprätthålla målstelningsprofiler.

Kyl, Stelning, och delekstraktion

• Kylsystem

• • Vatten/oljejackor: Cirkulera media på 10–20 l/min, extrahera värme på 5–15 kW per m² av mögelyta.
  • Luftkylning: I mindre vertikala enheter, Luftstrålar med hög hastighet uppnår kylningshastigheter på 10 ° C/s.

• Riktningsstelning

• • Strategi: Den yttre kylningsfronten främjar en tät hud medan man kanaliserar krympning mot borrningen.
  • Resultat: Eliminerar mittlinjens porositet; ger förbättringar av draghållfasthet 20–30 %.

• Spin -down och extraktion

• • Spinntid: 1–3 minuter Efter att ha slutförts, säkerställa full stelning av det yttre skalet.
  • Gjutningscykel: Totala cykeltider - föremål, hälla, sval, extrakt 5–30 minuter beroende på delstorlek.
  • Avlägsnande av delen: Hydrauliska eller mekaniska split -mold -system öppnas under 50 bar tryck, Mata sedan ut gjutningar via integrerade knock -out -stift.

6. Viktiga fördelar med centrifugalgjutning

Exceptionell metallurgisk kvalitet

En av de mest övertygande fördelarna med centrifugalgjutning är dess förmåga att producera komponenter med tät, defektfria strukturer.

På grund av centrifugalkraften som utövas under stelning (ofta från 60 över 100 Gs), Föroreningar och inneslutningar tvingas mot formens inre yta.

Dessa inneslutningar med låg densitet kan enkelt tas bort under bearbetning, lämnar en hög renhet yttre struktur.

• Riktningsstelning resulterar i bra, enhetliga kornstrukturer som strålar utåt.
• Porositet elimineras praktiskt taget, vilket är kritiskt för tryckinnehållande komponenter som rör och foder.

Överlägsna mekaniska egenskaper

Centrifugalgjutning levererar delar med enastående dragstyrka, avkastningsstyrka, duktilitet, och trötthetsmotstånd.

Dessa förbättrade mekaniska egenskaper är resultatet av den homogena mikrostrukturen och raffinerade korn som utvecklats genom snabb och enhetlig kylning.

• Dragstyrka kan förbättras med upp till 30% jämfört med statiska gjutningar av samma legering.
• Bnn (Brinell hårdhetsnummer) är vanligtvis högre och mer konsekvent över tvärsnitt.

Dimensionell stabilitet och nästan nätform

Processen möjliggör gjutning av delar Nära slutliga dimensioner, Minimera mängden efterbehandling som krävs. Detta minskar materialavfall och bearbetningstid.

• Väggtjocklek kan kontrolleras exakt inom ± 0,5 mm, Även på delar med stor diameter.
• Excellent Koncentricitet och rakhet—Speciellt i horisontella centrifugalgjutningar.

Kostnadseffektivitet för stor volymproduktion

Även om de första installationskostnaderna (TILL EXEMPEL., formtillverkning, maskininvesteringar) är relativt höga,
Centrifugalgjutning blir extremt ekonomisk över stora produktionskörningar eller i tillverkningen av högt värde, lång livslängd.

• Minskade avvisningsgraden och mindre skrot.
• Lägre verktygsunderhåll Jämfört med sand eller gjutning.
• Färre svetsreparationer eller värmebehandlingscykler är nödvändiga.

Hög produktionshastighet

Eftersom formar vanligtvis är metalliska och återanvändas upprepade gånger, de tillåter Snabb värmeuttag och kylning.

Detta förkortar inte bara stelningstider utan också möjliggör snabbare cykeltider per del.

• Till exempel, en typisk centrifugalrör i rostfritt stål (DN200, L = 1 m) kan gjutas och kylas in mindre än 30 minuter.

Flexibel storlek och anpassning

Centrifugalgjutning kan rymma ett brett utbud av delstorlekar:

• Från små bussningar (50 mm henne) till stora rör (>2 meter i längd)
• Väggtjocklek som sträcker sig från 5 mm till över 150 mm
• Material från kolstål, rostfria stål, nicklegeringar, till brons

Formgivare kan justera mögelhastighet, temperatur, och legeringskomposition för att tillgodose anpassade tillämpningsbehov.

7. Begränsningar och utmaningar

• Högkapitalinvesteringar: En nyckelfärdiga centrifugalcell kostar 1–2 miljoner USD.
• Geometribegränsningar: Process Suits Axisymmetriska former endast; Komplexa icke -cylindriska delar kräver andra metoder.
• Storlek & Väggvariation: Mögla diameter påverkar maximalt genomförbart varvtal; tunnvägg med sektioner (< 3 mm) riskkollaps, Medan tjocka väggar (> 200 mm) ojämnt.
• Mögelerosion: Rotation med hög hastighet bär metallformar, kräver underhåll varje 200–300 cykler.

8. Applikationer av centrifugalgjutning

Centrifugalgjutning har blivit en hörnstenstillverkningsprocess för att producera högintegritet, cylindrisk, och roterande symmetriska komponenter över ett brett spektrum av industrier.

Dess förmåga att leverera tät, Defektfria delar med överlägsna mekaniska och metallurgiska egenskaper gör det särskilt väl lämpat för krävande applikationer.

Industri	Komponentexempel	Typmaterial
Industriell	Rör, impeller, pumphus	Stål, duktil järn, brons
Bil	Bromstrummor, svänghjul, kopplingsringar	Gjutjärn, legeringsstål
Flyg-	Jetmotorringar, turbintätningar	Nickelbaserade superlegeringar
Kraftproduktion	Pannrör, turbinringar, ärm	Rostfritt stål, Ocny, legeringsstål
Olja & Gas	Högtryckskontakter, kopplingar	Duplex, super duplex, nicklegeringar
Marin	Axelhylsor, pumpdelar, vattenbussningar	Med oss, brons, rostfritt stål
Arkitektur	Bronspelare, dekorativa gjutningar	Mässing, brons

9. Jämförelse med andra gjutningsmetoder

Centrifugalgjutning sticker ut bland olika metallgjutningstekniker för dess förmåga att producera högintegritet, Komponenter med nära nät med överlägsna mekaniska egenskaper.

Dock, Den ideala gjutningsmetoden beror på flera faktorer - Geometri, volym, kosta, material, och prestandakrav.

Detta avsnitt jämför centrifugalgjutning med andra vanliga gjutningsmetoder från flera perspektiv.

Översiktsbord: Gjutningsmetoder på ett överblick

När ska man välja centrifugalgjutning

Centrifugalgjutning är det optimala valet när:

• Delen är symmetrisk och cylindrisk (TILL EXEMPEL., ärm, rör, ringar).
• Hög mekanisk integritet och defektfri struktur är obligatoriska.
• Medium till stora produktionsvolymer Motivera utrustningsinvesteringen.
• Delen kommer att fungera under frätande, högtryck, eller högkläderförhållanden.

10. Centrifugal Casting Glossary

Med tanke på den mycket specialiserade karaktären av centrifugalgjutning, Ingenjörer och operatörer förlitar sig på ett exakt ordförråd för att kommunicera krav, kontrollprocesser, och säkerställa kvalitet.

Nedan följer en kuraterad ordlista av vanliga termer och akronymer du kommer att möta i centrifugalspänningspecifikationer, butiksbeställningar, och inspektionsrapporter.

Kalla / Akronym	Definition
I.A.W. (I enlighet med)	Indikerar att en del eller process måste följa en refererad standard eller specifikation - t.ex., “I.A.W. Guld 1213 Spec. ”
Fm / Fm (Färdig bearbetad)	Betecknar att gjutningen får ett slutbearbetningskort för att uppnå sina angivna dimensioner och ytfinish.
Rm / Rm (Grovbearbetad)	Betyder en preliminär bearbetningsoperation, lämnar extra lager för efterföljande ytbearbetning.
Rms (ROOT Mean Squared)	Ett statistiskt mått på ytråhet; lägre rms -värden (TILL EXEMPEL., 1.6 um) korrelera med jämnare ytbehandlingar.
Växelström / A/c (Som roll)	Beskriver en gjutning kvar i tillståndet som hämtats från formen, Utan någon bearbetning eller slipning efter cast.
Tfa / TFT (Att avsluta på / Att avsluta till)	Anger måldimensioner eller toleranser som ska uppnås efter all bearbetning och efterbehandling.
Rfq (Begäran om offert)	En kunds formella utredning som söker prissättning, ledtider, och kapacitet för att producera specificerade gjutningar.
Uom (Måttenhet)	Standardenhet där mängder eller dimensioner uttrycks (TILL EXEMPEL., tum, millimeter, kilogram).
Ln (Längd)	Förkortning för en del eller funktions längddimension, vanligtvis i UOM specificerad.
Antal (Kvantitet)	Antal enskilda stycken eller gjutningar som begärs eller beställts.
Domare (Hänvisning)	Brukade peka på en annan ritning, dokumentera, eller standard för mer information (TILL EXEMPEL., “Ref DWG 1234”).
PC / Datorer (Bit / Bitar)	Betecknar diskreta räknbara artiklar - ofta används omväxlande med antalet i inköpsorder eller packlistor.
Efter (Inköpsorder)	Formellt dokument från en köpare som godkänner en leverantör att tillhandahålla specificerade delar eller tjänster på överenskomna villkor.
Tolr (Tolerans)	Tillåten variation i en dimension, ytfin, eller egendom (TILL EXEMPEL., ± 0,25 mm).
Bnn (Brinell hårdhetsnummer)	Hårdhetsskala härledd genom att mäta diametern för en indragning gjord av en härdad boll under specificerad belastning - vanligt används för gjutjärnskvaliteter.
Oss (Enhetligt numreringssystem)	Alfanumerisk kod som unikt identifierar den kemiska sammansättningen av smides- och gjutlegeringar (TILL EXEMPEL., G10500 för grått järn, C92200 för fosforbrons).
Aisi (American Iron and Steel Institute)	Organisation som publicerar stål- och gjutjärnsbeteckningar och standarder.
Astm (American Society for Testing and Materials)	Internationellt organ som utvecklar och publicerar frivilliga konsensusstandarder för material, inklusive centrifugalspändlegeringar och testmetoder.
SFSA (Steel Founders 'Society of America)	Handelsförening som fastställer bästa praxis, ugnsriktlinjer, och metallurgiska standarder för stålgjutningsprocesser.
FOB (Gratis)	Frakttermin som indikerar att säljaren levererar varor ombord på en transportör vid ursprungsporten; köparen antar risk- och fraktkostnader från den punkten.
Ss (Rostfritt stål)	Korrosionsbeständig järnbaserad legering som innehåller ≥10,5% krom; används ofta i centrifugalgjutning för kemikalie, mat, och medicinsk utrustning.

Langhe Industry® har åtagit sig att leverera både högkvalitativa gjutningar och tydliga, handlingsbar information.

Om du behöver djupare förklaringar eller ha processspecifika frågor, Vårt tekniska team är redo att hjälpa.

11. Slutsats

Centrifugalgjutning levererar oöverträffad prestanda för cylindriska komponenter, kombinerande mekanisk excellens, kostnadseffektivitet, och produktionshastighet.

Genom att utnyttja centrifugalkraften - upp till 200 g—Tillverkare tätar metall, utvisa föroreningar, och minska bearbetning.

När materialvetenskap och automatisering konvergerar, Centrifugalgjutning fortsätter att utvecklas, möte morgondagens krav i energi, transport, och avancerad tillverkning.

På Langhe Industry, Vi är redo att samarbeta med dig när du utnyttjar dessa avancerade tekniker för att optimera dina komponentkonstruktioner, materialval, och produktionsflöden.

se till att ditt nästa projekt överstiger varje prestanda och hållbarhetsreciel.

Kontakta oss idag!

 

Vanliga frågor

Finns det storleksbegränsningar i centrifugalgjutning?

Ja. Medan processen rymmer ett brett utbud av diametrar (från några centimeter till över 3 mätare), delen måste vara axymmetrisk.

Mycket små eller extremt stora delar kan kräva alternativa metoder på grund av mögelbegränsningar eller kostnadsöverväganden.

Vilka toleranser kan uppnås med centrifugalgjutning?

Typiska toleranser:

• Ytterdiameter: ± 1,5 mm till ± 3,0 mm (som den är gjuten)
• Väggtjocklek: ± 2,0 mm
• Rundhet: <0.5% av diameter
  Slutliga toleranser kan förfinas via bearbetning, beroende på applikationen.

Hur kontrolleras föroreningar och porositet i denna process?

Centrifugalkraften krafter föroreningar, slagg, och gasbubblor mot borrningen eller inre diametern, som sedan kan bearbetas bort.

Denna process minskar kraftigt inre porositet och förbättrar strukturell integritet.

Kan centrifugalgjutning användas för anpassad eller låg volymproduktion?

Ja, särskilt för komponenter där hög styrka och metallurgisk sundhet är kritiska.

Även om verktyg och installation kan vara mer komplexa än sandgjutning, För kritiska delar - även i låga volymer - uppväger förmånerna ofta kostnaden.