Centrifugális öntés, más néven rotocasting, egy sokoldalú fémöntési technika, amelyet széles körben használnak hengeres és cső alakú alkatrészek előállítására.
A centrifugális öntés folyamatának magyarázata
A forgó öntőformák által generált centrifugális erőket használja fel, hogy nagy radiális nyomást biztosítson, és az olvadt fémet a formafalak felé hajtja, hogy kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkező, finomszemcsés öntvényeket kapjon (Tschirschwitz et al., 2021).
Vízszintes öntésnél az olvadt fém töltetet tartalmazó formaszerelvényt a tengelye körül elforgatják egy álló külső héjon belül. A forgási sebesség 300 ford./perc és 1000 ford./perc között változhat, az alkatrész méretétől és kohászatától függően. A fémtöltet kifelé irányuló centrifugális erőteret tapasztal, amely a folyadékot a forma belső felülete felé kényszeríti, helyettesítve a kisebb sűrűségű levegőt (Liu et al., 2018).
Ahogy az olvadt fém megszilárdul a viszonylag hideg formafallal érintkezve, a fagyás befelé halad a középpont felé. A nagy radiális nyomás bensőséges kapcsolatot tart fenn a formával, minimalizálva a zsugorodási hibákat. A gyors megszilárdulás által indukált finom, egyenlő tengelyű szemcsék nyomáshatással párosulva kiváló sűrűségű, szilárdságú és rugalmasságú öntvényeket eredményeznek.
Alkalmas tengelyszimmetrikus alkatrészekhez, például csövekhez, csövekhez, gyűrűkhöz, hengerekhez és hüvelyekhez, amelyek a sűrűség, az olvadék viszkozitása és a megszilárdulási jellemzők alapján sokféle fémből készültek (Tschirschwitz et al., 2021). A könnyű ötvözetek általában alacsonyabb folyékonysággal rendelkeznek a hatékony töltés érdekében.
A centrifugális öntési eljárások típusai
A két fő változat a valódi öntés és a félcentrifugális (Tschirschwitz et al., 2021):
1. Az igazi öntés során az olvadt fémtöltetet egy forgó formába öntik. A fémnek megfelelő folyékonyságot kell mutatnia ahhoz, hogy megtöltse a formát a centrifugális erők hatására. Könnyű ötvözetek esetén szükség lehet túlnyomásos öntőrendszerekre.
2. A félcentrifugálás vagy centrifugálás kezdetben álló formákat használ, amelyeket fémmel töltenek meg, majd felgyorsítják az összeállítást, hogy a töltés szétterjedjen a falakon, mielőtt megszilárdul. Ez lehetővé teszi az alacsonyabb folyékonyságú ötvözetek öntését.
Ezenkívül vannak olyan függőleges centrifugális eljárások, amelyek során a forma vízszintes tengely körül forog. A Scheibel-eljárás a fémet felső adagolású, függőlegesen forgó héjformákba kényszeríti gáznyomás alatt. A folyamatos függőleges öntés lehetővé teszi a megszakítás nélküli gyártást.
A centrifugális öntési folyamat lépéseinek áttekintése
Bár a konkrét részletek változnak, a lépések általános sorrendje a következőket tartalmazza (Yang et al., 2020):
1. Forma előkészítés - A hengeres vagy cső alakú kerámia befektetési formák a kívánt belső profillal, méretekkel és felületi minőséggel készülnek. A formaszerelvény vezető- és támasztórendszereket tartalmaz.
2. Szerelés - A formaszerelvény biztonságosan rögzítve van a vízszinteshezcentrifugális öntésszabályozott gyorsulásra és egyenletes forgásra képes gép.
3. Öntés - A szükséges forgási sebességgel az olvadt fémtöltetet a fonóformába öntik/injektálják. A folyadékáramlás szimulációi optimalizálhatják a feltöltést.
4. Megszilárdulás – Ahogy a fém megfagy a formafalakkal érintkezve, a fonás továbbra is fenntartja a nyomást, amíg az egész öntvény megszilárdul. Infravörös érzékelők figyelik a folyamatot.
5. Hűtés és eltávolítás - Megszilárdulás után a forgást leállítják, és az öntvényt ellenőrzött körülmények között lehűtik a formából való kibontás és eltávolítás előtt.
6. Vágás és utófeldolgozás - A hengeres öntvényeket a kívánt hosszúságra vágják, és olyan befejező lépéseknek vetik alá, mint a hőkezelés, egyengetés és megmunkálás.
Így kihasználja a forgási erőket a statikus öntési folyamatokkal elérhetetlen kiváló minőségű öntvények előállításához.
A centrifugális öntési eljárás előnyei
Ezt az eljárást gyakran használják hengeres alkatrészek és alkatrészek öntésére, és számos előnnyel jár:
1. Magas anyagtisztaság és -minőség: A szennyeződések és zárványok, mivel könnyebbek a fémnél, hajlamosak az alkatrész közepe felé elmozdulni, ami leforrósítható, így az öntvény kevesebb szennyeződéssel és hibával rendelkezik a felület közelében.
2. Sűrű és finom mikrostruktúra: A nagy nyomások finom szemcsés mikroszerkezetet és sűrű, gázporozitástól mentes öntvényt eredményeznek. Ez növeli a végtermék mechanikai tulajdonságait.
3. Jó mechanikai tulajdonságok: A finomszemcsés szerkezet és a sűrű öntvény kombinációja kiváló mechanikai tulajdonságokat, például szakítószilárdságot és nyúlást eredményez, összehasonlítva más öntési eljárásokkal készült hasonló alkatrészekkel.
4. Minimális pazarlás: Az eljárás során a végső formához közel álló, jó felületi minőséggel rendelkező öntvények jönnek létre, amelyek gyakran kevesebb megmunkálást és kikészítést igényelnek, ami csökkenti az anyagpazarlást és a másodlagos feldolgozást.
5. Sokoldalúság: A fémek és méretek széles skáláját képes befogadni, így sokoldalúan használható különböző alkalmazásokhoz és iparágakhoz.
6. Hatékonyság és gazdaságosság: Nagy gyártási sorozatok esetén gazdaságos választás lehet az anyagfelhasználás hatékonysága, egyes hagyományos módszereknél kevésbé munkaigényes és a folyamat automatizálási lehetősége miatt.
7. Gravitációtól független: Mivel nem a gravitációra támaszkodik, a folyamat egyenletesebb vastagságot és szerkezetet hozhat létre a bonyolult formák ellenére.
8. Belső szilárdság: A centrifugális erő tömöríti a fémet, és a furatba taszítja a szennyeződéseket, amelyek megmunkálhatók, aminek eredményeként hang és szilárd fém alkatrész keletkezik.
9. A kohászat irányítása: A centrifugális erő segít az irányított szilárdulás elérésében, ami lehetővé teszi a kohászati tulajdonságok jobb szabályozását.
Acentrifugális öntésBár bizonyos alkalmazásoknál előnyös, előfordulhat, hogy nem minden típusú öntvényhez vagy anyaghoz alkalmas. A tengely körül szimmetrikus alakú alkatrészeknél a leghatékonyabb, de megfelelő tervezési szakértelemmel és felszereléssel bizonyos mértékig forgásszimmetria nélküli alkatrészek előállítására is alkalmazható. Ha érdekli ez a szolgáltatás, kérjük, érdeklődjön a következő címen: info@welongpost.com!
Referenciák:
Liu, J. et al. (2018). ZL101A alumíniumötvözet töltőképességének vizsgálata és előrejelzése vízszintes centrifugális öntési eljárásban. Advances in Mechanical Engineering, 10(6), 1-9.
Tschirschwitz, F. et al. (2021). Centrifugális öntés. Az ASM kézikönyvében, 15. kötet: Casting (784-792 oldal). ASM International.
Yang, F. et al. (2020). Centrifugális öntési eljárás csomós öntöttvas csőszerelvényekhez. Metals, 10(2), 246.