Coulée centrifuge, également connue sous le nom de rotocasting, est une technique polyvalente de moulage de métaux largement utilisée pour produire des composants cylindriques et tubulaires.
Expliquer le processus de coulée centrifuge
Il utilise les forces centrifuges générées par les moules en rotation pour conférer une pression radiale élevée, entraînant le métal en fusion vers les parois du moule pour produire des pièces moulées à grains fins présentant d'excellentes propriétés mécaniques (Tschirschwitz et al., 2021).
Lors d'une coulée horizontale, l'ensemble de moule contenant la charge de métal fondu tourne autour de son axe à l'intérieur d'une coque extérieure fixe. La vitesse de rotation peut varier de 300 tr/min à plus de 1 000 tr/min selon la taille des composants et la métallurgie. La charge métallique subit un champ de force centrifuge vers l'extérieur qui force le liquide vers la surface interne du moule, remplaçant ainsi l'air de plus faible densité (Liu et al., 2018).
À mesure que le métal en fusion se solidifie au contact de la paroi du moule relativement froide, la congélation progresse vers l'intérieur, vers le centre. La pression radiale élevée maintient un contact intime avec le moule, minimisant ainsi les défauts de retrait. Les grains fins équiaxés induits par une solidification rapide couplés à l'effet de pression donnent des pièces moulées avec une densité, une résistance et une ductilité supérieures.
Il convient aux composants axisymétriques tels que les tuyaux, les tubes, les anneaux, les cylindres et les manchons fabriqués à partir d'une large gamme de métaux en fonction de la densité, de la viscosité à l'état fondu et des caractéristiques de solidification (Tschirschwitz et al., 2021). Les alliages légers ont tendance à avoir une fluidité moindre pour un remplissage efficace.
Types de processus de coulée centrifuge
Les deux principales variantes incluent le moulage véritable et le semi-centrifuge (Tschirschwitz et al., 2021) :
1. Le véritable moulage consiste à verser la charge de métal fondu dans un moule rotatif. Le métal doit présenter une fluidité adéquate pour remplir le moule sous l'effet des forces centrifuges. Les alliages légers peuvent nécessiter des systèmes de coulée sous pression.
2. La semi-centrifugation ou centrifugation utilise initialement des moules fixes remplis de métal, suivi d'une accélération de l'assemblage pour répartir la charge contre les parois avant solidification. Cela permet de couler des alliages à faible fluidité.
De plus, il existe des processus centrifuges verticaux dans lesquels le moule tourne autour d'un axe horizontal. Le procédé Scheibel force le métal dans des moules à carapace à rotation verticale et à alimentation supérieure, sous pression de gaz. La coulée verticale continue permet une production ininterrompue.
Présentation des étapes du processus de coulée centrifuge
Bien que les détails spécifiques varient, la séquence générale des étapes comprend (Yang et al., 2020) :
1. Préparation du moule - Les moules d'investissement en céramique cylindriques ou tubulaires sont fabriqués avec le profil intérieur, les dimensions et la finition de surface souhaités. L'ensemble moule comprend des systèmes de guidage et de support.
2. Montage - L'ensemble du moule est solidement fixé à un support horizontal.coulée centrifugemachine capable d’une accélération contrôlée et d’une rotation régulière.
3. Versage - À la vitesse de rotation requise, la charge de métal fondu est versée/injectée dans le moule de filature. Les simulations d'écoulement de fluide peuvent optimiser le remplissage.
4. Solidification - À mesure que le métal gèle au contact des parois du moule, la filature continue de maintenir la pression jusqu'à ce que l'ensemble de la pièce coulée se solidifie. Des capteurs infrarouges surveillent le processus.
5. Refroidissement et retrait - Après solidification, la rotation est arrêtée et la pièce moulée est refroidie dans des conditions contrôlées avant le démoulage et le retrait.
6. Découpe et post-traitement - Les pièces moulées cylindriques sont coupées aux longueurs requises et soumises à des étapes de finition telles que le traitement thermique, le redressage et l'usinage.
Il exploite ainsi les forces de rotation pour produire des pièces moulées de haute qualité inaccessibles grâce aux processus de coulée statiques.
Avantages du processus de coulée centrifuge
Ce procédé est souvent utilisé pour couler des pièces et composants cylindriques et présente plusieurs avantages :
1. Pureté et qualité élevées des matériaux : les impuretés et les inclusions, étant plus légères que le métal, ont tendance à se déplacer vers le centre de la pièce, qui peut être usinée, ce qui entraîne une pièce moulée comportant moins d'impuretés et de défauts près de la surface.
2. Microstructure dense et fine : Les pressions élevées conduisent à une microstructure à grains fins et à une coulée dense sans porosité gazeuse. Cela augmente les propriétés mécaniques du produit final.
3. Bonnes propriétés mécaniques : La combinaison de la structure à grains fins et du moulage dense conduit à des propriétés mécaniques supérieures telles que la résistance à la traction et l'allongement par rapport aux pièces similaires fabriquées par d'autres processus de moulage.
4. Gaspillage minimal : Le processus génère des pièces moulées proches de la forme finale avec une bonne finition de surface, nécessitant souvent moins d'usinage et de finition, ce qui réduit le gaspillage de matériaux et le traitement secondaire.
5. Polyvalence : il peut s'adapter à une large gamme de métaux et de tailles, ce qui le rend polyvalent pour différentes applications et industries.
6. Efficacité et économie : pour les grandes séries de production, cela peut constituer un choix économique en raison de l'efficacité de l'utilisation des matériaux, de la nécessité de moins de main-d'œuvre que certaines méthodes traditionnelles et de la possibilité d'automatiser le processus.
7. Indépendant de la gravité : comme il ne repose pas sur la gravité, le processus peut créer une épaisseur et une structure plus uniformes malgré des formes complexes.
8. Solidité interne : La force centrifuge compacte le métal et pousse les impuretés vers l'alésage qui peuvent être usinées, ce qui se traduit par un composant métallique sain et solide.
9. Contrôle de la métallurgie : La force centrifuge contribue à réaliser une solidification directionnelle, ce qui permet un meilleur contrôle des propriétés métallurgiques.
Lecoulée centrifugeLe procédé, bien qu'avantageux pour certaines applications, peut ne pas convenir à tous les types de pièces moulées ou de matériaux. Il est plus efficace pour les pièces ayant une forme symétrique autour d'un axe, mais peut être adapté dans une certaine mesure pour produire des pièces sans symétrie de rotation avec l'expertise et l'équipement de conception appropriés. Si vous êtes intéressé par ce service, veuillez vous renseigner à info@welongpost.com !
Les références:
Liu, J. et coll. (2018). Enquête et prédiction de la capacité de remplissage de l’alliage d’aluminium ZL101A dans le processus de coulée centrifuge horizontale. Avancées en génie mécanique, 10(6), 1-9.
Tschirschwitz, F. et al. (2021). Coulée centrifuge. Dans Manuel ASM, Volume 15 : Casting (pp. 784-792). ASM International.
Yang, F. et coll. (2020). Procédé de coulée centrifuge pour raccords de tuyauterie en fonte nodulaire. Métaux, 10(2), 246.
