Turnare centrifuga, cunoscută și sub denumirea de rototurnare, este o tehnică versatilă de turnare a metalelor utilizată pe scară largă pentru producerea de componente cilindrice și tubulare.
Explicarea procesului de turnare centrifugală
Utilizează forțele centrifuge generate de matrițele de filare pentru a conferi o presiune radială mare, conducând metalul topit către pereții matriței pentru a obține piese turnate cu granulație fină, cu proprietăți mecanice excelente (Tschirschwitz et al., 2021).
În turnarea orizontală, ansamblul matriță care conține sarcina de metal topit este rotit în jurul axei sale în interiorul unei carcase exterioare staționare. Viteza de rotație poate varia de la 300 rpm la peste 1000 rpm, în funcție de dimensiunea componentelor și metalurgie. Sarcina metalică experimentează un câmp de forță centrifugă care forțează lichidul spre suprafața interioară a matriței, înlocuind aerul cu densitate mai mică (Liu et al., 2018).
Pe măsură ce metalul topit se solidifică în contact cu peretele relativ rece al matriței, înghețarea progresează spre interior, spre centru. Presiunea radială mare menține contactul intim cu matrița, minimizând defectele de contracție. Granulele fine echiaxiale induse de solidificarea rapidă cuplată cu efectul de presiune produc piese turnate cu densitate, rezistență și ductilitate superioare.
Este potrivit pentru componente axisimetrice cum ar fi țevi, tuburi, inele, cilindri și manșoane dintr-o gamă largă de metale pe baza densității, vâscozității topiturii și caracteristicilor de solidificare (Tschirschwitz et al., 2021). Aliajele ușoare tind să aibă o fluiditate mai mică pentru o umplere eficientă.
Tipuri de procese de turnare centrifugă
Cele două variante principale includ turnarea adevărată și semicentrifuga (Tschirschwitz et al., 2021):
1. Turnarea adevărată implică turnarea încărcăturii de metal topit într-o matriță rotativă. Metalul trebuie să prezinte o fluiditate adecvată pentru a umple matrița sub forțele centrifuge. Aliajele ușoare pot necesita sisteme de turnare sub presiune.
2. Semicentrifugă sau centrifugare utilizează matrițe inițial staționare care sunt umplute cu metal, urmate de accelerarea ansamblului pentru a împrăștia încărcătura pe pereți înainte de solidificare. Acest lucru permite turnarea aliajelor cu fluiditate redusă.
În plus, există procese centrifuge verticale în care matrița se rotește în jurul unei axe orizontale. Procesul Scheibel forțează metalul în matrițe de înveliș vertical alimentate în sus, sub presiunea gazului. Turnarea verticală continuă permite producția neîntreruptă.
Prezentare generală a etapelor procesului de turnare centrifugă
Deși detaliile specifice variază, secvența generală a pașilor include (Yang și colab., 2020):
1. Pregătirea matriței - Formele de investiție ceramice cilindrice sau tubulare sunt fabricate cu profilul interior, dimensiunile și finisajul de suprafață dorit. Ansamblul matriței include sisteme de ghidare și suport.
2. Montare - Ansamblul matriței este atașat ferm de o orizontalăturnare centrifugalămașină capabilă de accelerație controlată și rotație constantă.
3. Turnare - La viteza de rotație necesară, sarcina de metal topit este turnată/injectată în matrița de filare. Simulările fluxului de fluide pot optimiza umplerea.
4. Solidificare - Pe măsură ce metalul îngheață în contact cu pereții matriței, filarea continuă să mențină presiunea până când întreaga turnare se solidifică. Senzorii cu infraroșu monitorizează procesul.
5. Răcire și îndepărtare - După solidificare, rotația este oprită și turnarea este răcită în condiții controlate înainte de demulare și îndepărtare.
6. Tăiere și post-procesare - Piesele turnate cilindrice sunt tăiate la lungimile necesare și supuse unor etape de finisare precum tratament termic, îndreptare și prelucrare.
Prin urmare, valorifică forțele de rotație pentru a produce piese turnate de înaltă calitate, imposibil de realizat prin procese de turnare statică.
Avantajele procesului de turnare centrifugal
Acest proces este adesea folosit pentru turnarea pieselor și componentelor cilindrice și are câteva avantaje:
1. Puritate și calitate ridicată a materialului: Impuritățile și incluziunile, fiind mai ușoare decât metalul, tind să se deplaseze spre centrul piesei, care poate fi prelucrată, rezultând o turnare cu mai puține impurități și defecte aproape de suprafață.
2. Microstructură densă și fină: Presiunile ridicate conduc la o microstructură cu granulație fină și o turnare densă, fără porozitate de gaz. Acest lucru mărește proprietățile mecanice ale produsului final.
3. Proprietăți mecanice bune: Combinația dintre structura cu granulație fină și turnarea densă duce la proprietăți mecanice superioare, cum ar fi rezistența la tracțiune și alungirea în comparație cu piesele similare realizate prin alte procese de turnare.
4. Pierderi minime: Procesul generează piese turnate care sunt aproape de forma finală, cu un finisaj bun al suprafeței, necesitând adesea mai puține prelucrare și finisare, ceea ce reduce risipa de material și procesarea secundară.
5. Versatilitate: Poate găzdui o gamă largă de metale și dimensiuni, făcându-l versatil pentru diferite aplicații și industrii.
6. Eficiență și economic: Pentru producții mari, poate fi o alegere economică datorită eficienței în utilizarea materialelor, mai puțin intensivă în muncă decât unele metode tradiționale și posibilității de automatizare a procesului.
7. Independent de gravitație: Deoarece nu se bazează pe gravitație, procesul poate crea o grosime și o structură mai uniforme în ciuda formelor complexe.
8. Soliditatea internă: Forța centrifugă compactează metalul și împinge impuritățile în orificiu care pot fi prelucrate, ceea ce are ca rezultat un sunet și o componentă metalică solidă.
9. Controlul asupra metalurgiei: Forța centrifugă ajută la obținerea solidificării direcționale, ceea ce permite un control mai bun asupra proprietăților metalurgice.
Theturnare centrifugalăProcesul, deși este avantajos pentru anumite aplicații, poate să nu fie potrivit pentru toate tipurile de piese turnate sau materiale. Este cel mai eficient pentru piese cu o formă simetrică în jurul unei axe, dar poate fi adaptat pentru producerea de piese fără simetrie de rotație într-o oarecare măsură cu expertiza și echipamentul adecvat de proiectare. Dacă sunteți interesat de acest serviciu, vă rugăm să întrebați la info@welongpost.com!
Referinte:
Liu, J. şi colab. (2018). Investigarea și predicția capacității de umplere a aliajului de aluminiu ZL101A în procesul de turnare centrifugală orizontală. Progrese în inginerie mecanică, 10(6), 1-9.
Tschirschwitz, F. şi colab. (2021). Turnare centrifuga. În Manualul ASM, volumul 15: Casting (pag. 784-792). ASM International.
Yang, F. şi colab. (2020). Proces de turnare centrifugă pentru fitingurile de țevi din fontă nodulară. Metale, 10(2), 246.