浅谈离心铸造的应用及其特点

陈楠+王蕊

摘 要：铸造是一种液态金属成型的方法。铸件已广泛应用于各工业部门和日常生活中，是管套类及盘环类构件的最佳成型手段，离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下填充铸型而凝固成形的一种铸造方法，本文主要介绍离心铸造的发展过程，分类，工作原理特点及在加工中的铸造缺陷和应对方法加以简介。

关键词：离心铸造；铸造缺陷；特种铸造；离心铸造机

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

1 铸造方法的简介

铸造是一种液态金属成型的方法。铸造的方法有很多种，最广泛的应用是砂型铸造，随着现代工业技术水平的不断发展及人类社会对其应用的需要，对铸造技术提出了一系列新的，更高的要求，归纳起来，主要有以下三方面：

（1）不仅要求铸件的生产批量增大，而且更加追求其质量的提高，如提高铸件的表面光滑成度，及尽量减少各种类型的铸造缺陷；

（2）尽量简化其工艺步骤，提高其生产效率，提高其自动化在造型中所占的比例，降低工人劳动强度；

（3）把金属材料的消耗降到最低，降低生产成本。

为了实现上述目地，近些年来，人们将传统铸造工艺与现代科学技术成果相结合的基础上，又发明了多种铸造方法，为了和传统的砂型铸造方法作以区分，除了传统砂型方法外，都称之为特种铸造方法。常见的铸造方法介绍：

1）失腊铸造；2）金属型铸造；3）低压铸造；4）离心铸造；5）陶瓷型铸造； 6）压力铸造；7）消失熔铸造；8）磁型铸造等。

特种铸造在其造型所使用的材料，方法以及模具上都和传统的砂型铸造有着很大的不同，本文主要对离心铸造方法及铸造机加以介绍。

2 离心铸造机的发展过程及现代应用

离心铸造从发明到现在以有七八十年的历史了，直到上世纪初才逐步推广于工业生产。直到40年代初期我国才开始运用离心铸造方法来生产铸铁管。而在现代，离心铸造已经是一种应用广泛的铸造方法，尤其对生产盘环类及管套类铸件生产得心应手。离心铸造还可用于诸如生产叶轮等异型铸件、造纸、无缝管坯、双金属铸件（如钢套镶铜轴承）、干燥滚筒等。离心铸造机如今已实现了高度自动化、机械化，一些机械化离心铸管厂已实现了十几万吨的年产量。

3 离心铸造的基本原理

离心铸造是将熔融金属浇入高速旋转的金属铸型内，在离心铸造机的作用下，铸型高速旋转，在其离心力的驱使下，冷却结晶的一种铸造成型方法。

4 离心铸造机的分类

为使铸型旋转，离心铸造就要在离心铸造机上进行。根据铸型旋转空间位置的不同，离心铸造机可分为立式与卧式两大种类。

在立式离心铸造机上，铸型是绕垂直轴旋转的。由于离心力和液态金属自身重力下，使铸件的内表面呈抛物面形状，造成铸件上薄下厚。在其他条件不变的情况下，铸件的高度越高，壁厚差越大。所以，立式离心铸造主要用于小于直径盘环类铸件，而且由于在液态金属自身的重力下，壁厚不均匀，后续要加大其切削加工。

卧式离心铸造机，铸型是绕水平轴旋转的。铸件各部分冷却条件大体相同，所以可以铸造出壁厚较均匀的圆筒形及管套类等铸件。

5 离心铸造的特点

由于离心铸造时，液体金属是在旋转情况下充填铸型并进行凝固的，因而離心铸造便具有下述的一些特点：

（1）在离心力的驱使下，金属结晶从铸型壁逐步向铸件内表面顺序进行，具有一定方向性的冷却结晶，从而改善了补缩环境，使一些熔渣、气体、夹杂物等杂质集中于铸件内表层，也是因为离心的件用下使铸件其他部分组织细密，由于在离心力的驱使下，使金属液体甩向铸型侧壁，使气孔、缩孔等铸造类缺陷在压力的作用下弥合，从而得到组织致密的铸件，有助与其机械性能的提高。（2）离心铸造不需要浇道口，也并不需要铸造冒口，铸造空心铸件时还可省去型芯，金属利用率可达80%-90%，降低生产成本，提高生产效率。（3）对于中空铸件的生产最为适合，相比与传统的砂型铸造可以省去活动型芯的拆装，节省原材料的消耗，降低其生产成本及劳动强度；（4）在离心铸造中，铸造合金的类型几乎不受限制。

6 离心铸造在生产过程中的缺陷分析

离心铸造的优点很多，但在铸造一些合金材料制成的管套类构件时会出现包括其充型不完整，表面存在气孔，夹砂，裂纹，夹渣及表面存在针刺等缺陷，下面对其主要缺陷作以介绍。

（1）裂纹缺陷：在铸造管类铸件时，有时会有横纵向裂纹的出现。其中又以横裂纹居多，纵向裂纹主要出现在离心机使金属铸型在高速旋转的状态下，铸型自身会产生一定的震动，会使金属在冷却结晶时产生裂纹，因为此时铸件温度较高，强度较低， 但在实际生产过程中横裂纹出现的最多，这些裂纹常出现在管的端面位置，在出型时管类铸件容易开裂，严重的甚至沿中心位置断开，所以在生产中一定要控制好铸型的转速。

（2）充型不完整。在离心铸造钢管中充型不完整常有两种情况：第一种是浇注的的填充金属液不够，造成管套类构件的尺寸变小；第二种是管子壁厚不均匀，这类缺陷在铸造壁厚为7到8 mm的管套类铸件时尤为明显，所以要特别注意管套的长径比的值（L/D>15）。

（3）气孔缺陷。这类缺陷主要存在于管套类构件的内表面，且直径较小，一般为0.25mm～3 mm，深0.4mm～2.5mm，密度较大 。常以片状区域出现。

（4）钢管表层夹砂。在钢管表面局部出现粗糙麻面并稍有凸起，粗糙麻面有清晰的周边轮廓。严重时成为环带状夹砂。当去掉粗糙的钢表层后可见存在其中的薄涂料层即夹砂。夹砂部位经过1mm～2mm的加工即可去除。但它严重影响铸皮质量，如是非加工的钢管就很可能报废。这种缺陷多出现于挂涂料的钢管。

（5）铸件端面针刺。在铸造管类铸件时，在涂较厚的涂料时，铸件端面的局部会出现针状的毛刺，直径在0.5mm～1 mm之内，其高度在2mm之内，密度较大。，如出现其3、4、5、类缺陷时，都应加大机械加工余量。

7 结语

本文对离心铸造的发展过程实际生产应用，以及离心铸造机的简介，在实际生产过程中的离心铸造缺陷和防止结解方法加以简要阐述，希望对从事材料成型专业及设计人员对离心铸造的设计及实际生产应的过程中起到一定的借鉴。