離心鑄造技術(shù)權(quán)威指南：原理/工藝/工業(yè)應(yīng)用解析
發(fā)布時間：2025-02-23 分類：新聞 瀏覽量：2264
離心鑄造是什么？
離心鑄造是通過旋轉(zhuǎn)模具產(chǎn)生的離心力（可達重力150倍）將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)（通常為250～1500r/min）使其在離心力作用下充填鑄型和凝固而形成鑄件的液態(tài)成形工藝。該工藝特別適用于制造船舶發(fā)動機缸套、航空航天耐高溫部件等嚴苛工況產(chǎn)品——更具實測數(shù)據(jù)顯示，離心鑄造 鋁合金 件的抗拉強度比傳統(tǒng)砂型鑄造提升25%以上。
離心鑄造的工作原理
離心鑄造過程始于將液態(tài)金屬注入旋轉(zhuǎn)的高溫模具中。根據(jù)設(shè)計的具體要求，模具可以垂直旋轉(zhuǎn)，也可以水平旋轉(zhuǎn)。
在這個過程中，離心力會以接近重力數(shù)倍的壓力將液態(tài)金屬均勻分布在模具內(nèi)。這種施加的壓力確保了鑄件不會出現(xiàn)裂縫，以及微觀和宏觀上的缺陷。這與常規(guī)的壓鑄工藝非常相似，壓鑄工藝也是通過施加壓力來減少產(chǎn)品的整體缺陷。
隨著模具被填滿，較濃稠的液態(tài)金屬會被推向旋轉(zhuǎn)模具的內(nèi)壁。此外，致密金屬會從外徑向中心進行定向凝固，而密度較低的物質(zhì)以及雜質(zhì)則會浮到外徑處。
凝固完成后，將整個零件從模具中取出，然后通過機械加工去除零件邊緣殘留的雜質(zhì)。這樣，最終得到的就是沒有內(nèi)部空洞或氣泡的高質(zhì)量材料。
以下是模具準備好后，基本離心鑄造過程的簡單步驟：
- 第一步與任何鑄造工藝一樣，將金屬加熱到熔點以上。
- 第二步是旋轉(zhuǎn)模具，為澆注做準備。通常，轉(zhuǎn)速在 300 到 3000 轉(zhuǎn) / 分鐘之間，不過實際轉(zhuǎn)速取決于項目的具體情況。
- 接下來是澆注步驟。這一過程相對簡單，無需特殊準備，但需要格外小心，因為澆注是在模具旋轉(zhuǎn)時進行的。
- 澆注完成后，下一步自動開始。旋轉(zhuǎn)不僅有助于冷卻過程，還能在模具內(nèi)產(chǎn)生足夠的壓力，確保不會出現(xiàn)與鑄造過程相關(guān)的缺陷。
- 冷卻后，下一步與其他鑄造工藝類似。只需將模具從旋轉(zhuǎn)裝置上取下，然后從鑄件中取出材料。
- 最后，對最終產(chǎn)品進行精加工。離心旋轉(zhuǎn)會將材料中的雜質(zhì)推向邊緣，通過機械加工去除這些雜質(zhì)，就能得到所需質(zhì)量的產(chǎn)品。
兩種離心鑄造機
立式離心鑄造
臥式離心鑄造
立式離心鑄造
它主要用于生產(chǎn)高度小于直徑的圓形鑄件，有時也可以用這種離心鑄造機澆注異形鑄件。由于立式鑄造機安裝穩(wěn)定，不僅可以使用金屬型，還可以使用砂型、熔模殼等非金屬型。
臥式離心鑄造
主要用于生產(chǎn)長度大于直徑的套筒和管鑄件。
離心鑄造的三種類型
| 類型 | 產(chǎn)品案例 | 寧波賀鑫工藝突破 |
|---|---|---|
| 真離心鑄造 | 柴油機缸套（HT300） | 雙金屬復(fù)合鑄造技術(shù) |
| 半離心鑄造 | 高鐵制動盤（ADI材質(zhì)） | 石墨冷鐵激冷系統(tǒng) |
| 離心法 | 液壓閥體（ZL104） | 真空輔助澆注技術(shù) |
離心鑄造的特點
1）鑄件在離心力作用下結(jié)晶，組織致密，無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷，力學(xué)性能好。
2）鑄造圓形中空鑄件時，可省去型芯和澆注系統(tǒng)，簡化了工藝，節(jié)約了金屬。
3）便于制造雙金屬鑄件，如鋼套鑲鑄銅襯，其結(jié)合面牢固、耐磨，可節(jié)約銅合金。
4）離心鑄造內(nèi)表面粗糙，尺寸不易控制，需要增加加工余量來保證鑄件質(zhì)量，且不適宜生產(chǎn)易偏析的合金。
離心鑄造的優(yōu)點：
（1） 用離心鑄造生產(chǎn)空心旋轉(zhuǎn)體鑄件時，可省去型芯、澆注系統(tǒng)和冒口。
（2） 由于旋轉(zhuǎn)時液體金屬在所產(chǎn)生的離心力作用下，密度大的金屬被推往外壁，而密度小的氣體、熔渣向自由表面移動，形成自外向內(nèi)的定向凝固，因此補縮條件好，鑄件組織致密，力學(xué)性能好。
（3）便于澆注“雙金屬”軸套和軸瓦，如在鋼套內(nèi)鑲鑄一薄層銅襯套，可節(jié)省價格較貴的銅料。
（4）充型能力好。
（5）消除和減少澆注系統(tǒng)和冒口方面的消耗。
離心鑄造的缺點：
⑴ 鑄件內(nèi)自由表面粗糙，尺寸誤差大，品質(zhì)差。
⑵ 不適用于密度偏析大的合金（如鉛青銅）及鋁、鎂等輕合金。
應(yīng)用離心鑄造
離心鑄造主要用來大量生產(chǎn)管筒類鑄件，如鐵管、銅套、缸套、雙金屬鋼背銅套、耐熱鋼輥道、無縫鋼管毛坯、造紙機干燥滾筒等，還可用來生產(chǎn)輪盤類鑄件，如泵輪、電機轉(zhuǎn)子等。
離心鑄造和其它鑄造工藝比較
| 鑄造方法 | 砂型鑄造 | 熔模鑄造 | 金屬型鑄造 | 高壓壓鑄 | 低壓鑄造 | 離心鑄造 |
| 適用金屬 | 任意 | 不限制，以鑄鋼為主 | 不限制，以非鐵合金為主 | 鋁、鋅、鎂等低熔點合金 | 以非鐵合金為主，也可用于鑄鋼和鑄鐵 | 以鑄鐵、鑄鋼為主 |
| 鑄件質(zhì)量范圍 | 不限制 | 一般小于25kg | 以中、小型鑄件為主 | 一般小于10kg，也可用于中型鑄件 | 以中、小型鑄件為主 | 不限制 |
| 生產(chǎn)批量 | 不限制 | 成批、大量生產(chǎn)，也可單件、小批量生產(chǎn) | 成批、 大量生產(chǎn) | 成批、 大量生產(chǎn) | 成批、 大量生產(chǎn) | 成批、 大量生產(chǎn) |
| 鑄件尺寸公差（mm） | 100±1.0 | 100±0.3 | 100±0.4 | 100±0.3 | 100±0.4 | |
| 鑄件表面粗糙度 | 粗糙 | Ra25~Ra3.2 | Ra25~Ra12.5 | Ra6.3~Ra1.6 | Ra25~Ra6.3 | 內(nèi)表面粗糙 |
| 鑄件鑄態(tài)晶粒組織 | 粗晶粒 | 粗晶粒 | 細晶粒 | 細晶粒，內(nèi)部多有氣孔 | 細晶粒 | |
| 加工余量 | 大 | 小或不加工 | 小 | 小或不加工 | 較小 | 內(nèi)表面加工余量大 |
| 生產(chǎn)率（一般機械化程度） | 低、中 | 低、中 | 中、高 | 最高 | 中 | 中、高 |
| 鑄件最小壁厚（mm） | 3.0 | 通常0.7 | 鋁合金2~3 | 0.5~1.0 | 一般2.0 |
FAQ常見問題
Q1：離心鑄造件最大可處理尺寸？
→ 直徑Φ2.5m×長度8m（單件重量20噸）
Q2：如何解決離心鑄造偏析問題？
→ 推薦方案：采用脈沖電磁場+梯度冷卻復(fù)合工藝
Q3：小批量試制是否經(jīng)濟？
→ ＜50件建議采用砂型鑄造，模具成本占比過高
