淺談離心鑄造的應(yīng)用及其特點(diǎn)

陳楠+王蕊

摘 要：鑄造是一種液態(tài)金屬成型的方法。鑄件已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門和日常生活中，是管套類及盤環(huán)類構(gòu)件的最佳成型手段，離心鑄造是將金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力作用下填充鑄型而凝固成形的一種鑄造方法，本文主要介紹離心鑄造的發(fā)展過程，分類，工作原理特點(diǎn)及在加工中的鑄造缺陷和應(yīng)對(duì)方法加以簡(jiǎn)介。

關(guān)鍵詞：離心鑄造；鑄造缺陷；特種鑄造；離心鑄造機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.002

1 鑄造方法的簡(jiǎn)介

鑄造是一種液態(tài)金屬成型的方法。鑄造的方法有很多種，最廣泛的應(yīng)用是砂型鑄造，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)水平的不斷發(fā)展及人類社會(huì)對(duì)其應(yīng)用的需要，對(duì)鑄造技術(shù)提出了一系列新的，更高的要求，歸納起來，主要有以下三方面：

（1）不僅要求鑄件的生產(chǎn)批量增大，而且更加追求其質(zhì)量的提高，如提高鑄件的表面光滑成度，及盡量減少各種類型的鑄造缺陷；

（2）盡量簡(jiǎn)化其工藝步驟，提高其生產(chǎn)效率，提高其自動(dòng)化在造型中所占的比例，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度；

（3）把金屬材料的消耗降到最低，降低生產(chǎn)成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目地，近些年來，人們將傳統(tǒng)鑄造工藝與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果相結(jié)合的基礎(chǔ)上，又發(fā)明了多種鑄造方法，為了和傳統(tǒng)的砂型鑄造方法作以區(qū)分，除了傳統(tǒng)砂型方法外，都稱之為特種鑄造方法。常見的鑄造方法介紹：

1）失臘鑄造；2）金屬型鑄造；3）低壓鑄造；4）離心鑄造；5）陶瓷型鑄造； 6）壓力鑄造；7）消失熔鑄造；8）磁型鑄造等。

特種鑄造在其造型所使用的材料，方法以及模具上都和傳統(tǒng)的砂型鑄造有著很大的不同，本文主要對(duì)離心鑄造方法及鑄造機(jī)加以介紹。

2 離心鑄造機(jī)的發(fā)展過程及現(xiàn)代應(yīng)用

離心鑄造從發(fā)明到現(xiàn)在以有七八十年的歷史了，直到上世紀(jì)初才逐步推廣于工業(yè)生產(chǎn)。直到40年代初期我國(guó)才開始運(yùn)用離心鑄造方法來生產(chǎn)鑄鐵管。而在現(xiàn)代，離心鑄造已經(jīng)是一種應(yīng)用廣泛的鑄造方法，尤其對(duì)生產(chǎn)盤環(huán)類及管套類鑄件生產(chǎn)得心應(yīng)手。離心鑄造還可用于諸如生產(chǎn)葉輪等異型鑄件、造紙、無(wú)縫管坯、雙金屬鑄件（如鋼套鑲銅軸承）、干燥滾筒等。離心鑄造機(jī)如今已實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化、機(jī)械化，一些機(jī)械化離心鑄管廠已實(shí)現(xiàn)了十幾萬(wàn)噸的年產(chǎn)量。

3 離心鑄造的基本原理

離心鑄造是將熔融金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的金屬鑄型內(nèi)，在離心鑄造機(jī)的作用下，鑄型高速旋轉(zhuǎn)，在其離心力的驅(qū)使下，冷卻結(jié)晶的一種鑄造成型方法。

4 離心鑄造機(jī)的分類

為使鑄型旋轉(zhuǎn)，離心鑄造就要在離心鑄造機(jī)上進(jìn)行。根據(jù)鑄型旋轉(zhuǎn)空間位置的不同，離心鑄造機(jī)可分為立式與臥式兩大種類。

在立式離心鑄造機(jī)上，鑄型是繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的。由于離心力和液態(tài)金屬自身重力下，使鑄件的內(nèi)表面呈拋物面形狀，造成鑄件上薄下厚。在其他條件不變的情況下，鑄件的高度越高，壁厚差越大。所以，立式離心鑄造主要用于小于直徑盤環(huán)類鑄件，而且由于在液態(tài)金屬自身的重力下，壁厚不均勻，后續(xù)要加大其切削加工。

臥式離心鑄造機(jī)，鑄型是繞水平軸旋轉(zhuǎn)的。鑄件各部分冷卻條件大體相同，所以可以鑄造出壁厚較均勻的圓筒形及管套類等鑄件。

5 離心鑄造的特點(diǎn)

由于離心鑄造時(shí)，液體金屬是在旋轉(zhuǎn)情況下充填鑄型并進(jìn)行凝固的，因而離心鑄造便具有下述的一些特點(diǎn)：

（1）在離心力的驅(qū)使下，金屬結(jié)晶從鑄型壁逐步向鑄件內(nèi)表面順序進(jìn)行，具有一定方向性的冷卻結(jié)晶，從而改善了補(bǔ)縮環(huán)境，使一些熔渣、氣體、夾雜物等雜質(zhì)集中于鑄件內(nèi)表層，也是因?yàn)殡x心的件用下使鑄件其他部分組織細(xì)密，由于在離心力的驅(qū)使下，使金屬液體甩向鑄型側(cè)壁，使氣孔、縮孔等鑄造類缺陷在壓力的作用下彌合，從而得到組織致密的鑄件，有助與其機(jī)械性能的提高。（2）離心鑄造不需要澆道口，也并不需要鑄造冒口，鑄造空心鑄件時(shí)還可省去型芯，金屬利用率可達(dá)80%-90%，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。（3）對(duì)于中空鑄件的生產(chǎn)最為適合，相比與傳統(tǒng)的砂型鑄造可以省去活動(dòng)型芯的拆裝，節(jié)省原材料的消耗，降低其生產(chǎn)成本及勞動(dòng)強(qiáng)度；（4）在離心鑄造中，鑄造合金的類型幾乎不受限制。

6 離心鑄造在生產(chǎn)過程中的缺陷分析

離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)很多，但在鑄造一些合金材料制成的管套類構(gòu)件時(shí)會(huì)出現(xiàn)包括其充型不完整，表面存在氣孔，夾砂，裂紋，夾渣及表面存在針刺等缺陷，下面對(duì)其主要缺陷作以介紹。

（1）裂紋缺陷：在鑄造管類鑄件時(shí)，有時(shí)會(huì)有橫縱向裂紋的出現(xiàn)。其中又以橫裂紋居多，縱向裂紋主要出現(xiàn)在離心機(jī)使金屬鑄型在高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，鑄型自身會(huì)產(chǎn)生一定的震動(dòng)，會(huì)使金屬在冷卻結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生裂紋，因?yàn)榇藭r(shí)鑄件溫度較高，強(qiáng)度較低， 但在實(shí)際生產(chǎn)過程中橫裂紋出現(xiàn)的最多，這些裂紋常出現(xiàn)在管的端面位置，在出型時(shí)管類鑄件容易開裂，嚴(yán)重的甚至沿中心位置斷開，所以在生產(chǎn)中一定要控制好鑄型的轉(zhuǎn)速。

（2）充型不完整。在離心鑄造鋼管中充型不完整常有兩種情況：第一種是澆注的的填充金屬液不夠，造成管套類構(gòu)件的尺寸變小；第二種是管子壁厚不均勻，這類缺陷在鑄造壁厚為7到8 mm的管套類鑄件時(shí)尤為明顯，所以要特別注意管套的長(zhǎng)徑比的值（L/D>15）。

（3）氣孔缺陷。這類缺陷主要存在于管套類構(gòu)件的內(nèi)表面，且直徑較小，一般為0.25mm～3 mm，深0.4mm～2.5mm，密度較大 。常以片狀區(qū)域出現(xiàn)。

（4）鋼管表層夾砂。在鋼管表面局部出現(xiàn)粗糙麻面并稍有凸起，粗糙麻面有清晰的周邊輪廓。嚴(yán)重時(shí)成為環(huán)帶狀?yuàn)A砂。當(dāng)去掉粗糙的鋼表層后可見存在其中的薄涂料層即夾砂。夾砂部位經(jīng)過1mm～2mm的加工即可去除。但它嚴(yán)重影響鑄皮質(zhì)量，如是非加工的鋼管就很可能報(bào)廢。這種缺陷多出現(xiàn)于掛涂料的鋼管。

（5）鑄件端面針刺。在鑄造管類鑄件時(shí)，在涂較厚的涂料時(shí)，鑄件端面的局部會(huì)出現(xiàn)針狀的毛刺，直徑在0.5mm～1 mm之內(nèi)，其高度在2mm之內(nèi)，密度較大。，如出現(xiàn)其3、4、5、類缺陷時(shí)，都應(yīng)加大機(jī)械加工余量。

7 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)離心鑄造的發(fā)展過程實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，以及離心鑄造機(jī)的簡(jiǎn)介，在實(shí)際生產(chǎn)過程中的離心鑄造缺陷和防止結(jié)解方法加以簡(jiǎn)要闡述，希望對(duì)從事材料成型專業(yè)及設(shè)計(jì)人員對(duì)離心鑄造的設(shè)計(jì)及實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)的過程中起到一定的借鑒。