Odstředivé lití, také známý jako rotocasting, je všestranná technika odlévání kovů, která se široce používá pro výrobu válcových a trubkových součástí.
Vysvětlení procesu odstředivého lití
Využívá odstředivé síly generované zvlákňovacími formami k přenosu vysokého radiálního tlaku, který pohání roztavený kov směrem ke stěnám formy, aby se získaly jemnozrnné odlitky s vynikajícími mechanickými vlastnostmi (Tschirschwitz et al., 2021).
Při horizontálním lití se sestava formy obsahující vsázku roztaveného kovu otáčí kolem své osy uvnitř stacionárního vnějšího pláště. Rychlost otáčení se může lišit od 300 ot./min do více než 1000 ot./min. v závislosti na velikosti součásti a metalurgii. Na kovovou nálož působí vnější pole odstředivé síly, které tlačí kapalinu směrem k vnitřnímu povrchu formy a nahrazuje vzduch s nižší hustotou (Liu et al., 2018).
Jak roztavený kov tuhne v kontaktu s relativně chladnou stěnou formy, postupuje tuhnutí dovnitř směrem ke středu. Vysoký radiální tlak udržuje těsný kontakt s formou a minimalizuje vady smršťování. Jemná rovnoosá zrna vyvolaná rychlým tuhnutím ve spojení s tlakovým efektem poskytují odlitky s vynikající hustotou, pevností a tažností.
Je vhodný pro osově symetrické součásti, jako jsou trubky, trubky, kroužky, válce a pouzdra ze široké škály kovů na základě hustoty, viskozity taveniny a charakteristik tuhnutí (Tschirschwitz et al., 2021). Lehké slitiny mívají nižší tekutost pro účinné plnění.
Typy procesů odstředivého lití
Dvě hlavní varianty zahrnují skutečné lití a poloodstředivé (Tschirschwitz et al., 2021):
1. Skutečné lití zahrnuje lití roztaveného kovu do rotující formy. Kov musí vykazovat dostatečnou tekutost, aby naplnil formu pod odstředivými silami. Lehké slitiny mohou vyžadovat tlakové licí systémy.
2. Poloodstřeďování nebo odstřeďování využívá zpočátku stacionární formy, které jsou naplněny kovem, s následným urychlením sestavy, aby se náplň rozprostřela proti stěnám před ztuhnutím. To umožňuje odlévání slitin s nižší tekutostí.
Kromě toho existují vertikální odstředivé procesy, při kterých se forma otáčí kolem horizontální osy. Scheibelův proces tlačí kov do vertikálně rotujících skořepinových forem s horním plněním pod tlakem plynu. Kontinuální vertikální lití umožňuje nepřerušovanou výrobu.
Přehled kroků procesu odstředivého lití
Ačkoli se konkrétní podrobnosti liší, obecná posloupnost kroků zahrnuje (Yang et al., 2020):
1. Příprava formy - Válcové nebo trubkové keramické zatmelovací formy se vyrábí s požadovaným vnitřním profilem, rozměry a povrchovou úpravou. Sestava formy zahrnuje vodicí a podpůrné systémy.
2. Montáž - Sestava formy je bezpečně připevněna k horizontáleodstředivé litístroj schopný řízeného zrychlení a stálé rotace.
3. Lití - Při požadované rychlosti otáčení je roztavená kovová vsázka nalévána/vstřikována do zvlákňovací formy. Simulace proudění kapaliny mohou optimalizovat plnění.
4. Tuhnutí - Jak kov mrzne v kontaktu se stěnami formy, odstřeďování pokračuje a udržuje tlak, dokud celý odlitek neztuhne. Proces monitorují infračervené senzory.
5. Chlazení a vyjmutí - Po ztuhnutí se rotace zastaví a odlitek se ochladí za kontrolovaných podmínek před vyjmutím z formy a vyjmutím.
6. Řezání a následné zpracování - Válcové odlitky jsou nařezány na požadované délky a podrobeny dokončovacím krokům, jako je tepelné zpracování, rovnání a obrábění.
Využívá tak rotační síly k výrobě vysoce kvalitních odlitků, které nelze statickými odlévacími procesy dosáhnout.
Výhody procesu odstředivého lití
Tento proces se často používá k odlévání válcových dílů a součástí a má několik výhod:
1. Vysoká čistota a kvalita materiálu: Nečistoty a vměstky, které jsou lehčí než kov, mají tendenci se pohybovat směrem ke středu součásti, kterou lze obrobit pryč, což vede k odlitku s méně nečistotami a defekty v blízkosti povrchu.
2. Hustá a jemná mikrostruktura: Vysoké tlaky vedou k jemnozrnné mikrostruktuře a hustému odlitku bez poréznosti plynu. Tím se zvyšují mechanické vlastnosti konečného produktu.
3. Dobré mechanické vlastnosti: Kombinace jemnozrnné struktury a hustého odlévání vede k vynikajícím mechanickým vlastnostem, jako je pevnost v tahu a prodloužení ve srovnání s podobnými díly vyrobenými jinými procesy odlévání.
4. Minimální plýtvání: Proces vytváří odlitky, které se blíží konečnému tvaru s dobrou povrchovou úpravou, často vyžadující méně obrábění a dokončovací úpravy, což snižuje plýtvání materiálem a sekundární zpracování.
5. Univerzálnost: Pojme širokou škálu kovů a velikostí, díky čemuž je univerzální pro různé aplikace a průmyslová odvětví.
6. Efektivita a hospodárnost: Pro velké výrobní série to může být ekonomická volba kvůli efektivitě využití materiálu, méně náročné na práci než některé tradiční metody a možnosti automatizace procesu.
7. Nezávislost na gravitaci: Protože se nespoléhá na gravitaci, proces může vytvořit jednotnější tloušťku a strukturu navzdory složitým tvarům.
8. Vnitřní zvuk: Odstředivá síla zhutňuje kov a vytlačuje nečistoty do otvoru, které lze obrobit, což vede ke zvuku a pevné kovové součásti.
9. Kontrola nad metalurgií: Odstředivá síla pomáhá dosáhnout směrového tuhnutí, což umožňuje lepší kontrolu nad metalurgickými vlastnostmi.
Theodstředivé litíProces, i když je pro určité aplikace výhodný, nemusí být vhodný pro všechny typy odlitků nebo materiálů. Je nejúčinnější pro díly se symetrickým tvarem kolem osy, ale může být přizpůsoben pro výrobu dílů bez rotační symetrie do určité míry s odpovídajícími konstrukčními znalostmi a vybavením. Máte-li o tuto službu zájem, zeptejte se na adrese info@welongpost.com!
Reference:
Liu, J. a kol. (2018). Zkoumání a predikce plnicí schopnosti hliníkové slitiny ZL101A v procesu horizontálního odstředivého lití. Advances in Mechanical Engineering, 10(6), 1-9.
Tschirschwitz, F. a kol. (2021). Odstředivé lití. V příručce ASM, svazek 15: Casting (str. 784-792). ASM International.
Yang, F. a kol. (2020). Proces odstředivého lití pro potrubní tvarovky z tvárné litiny. Kovy, 10(2), 246.