กระบวนการหล่อแบบแรงเหวี่ยงคืออะไร?

การหล่อแบบแรงเหวี่ยงหรือที่เรียกว่า rotocasting เป็นเทคนิคการหล่อโลหะอเนกประสงค์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตส่วนประกอบทรงกระบอกและท่อ

อธิบายกระบวนการหล่อแบบแรงเหวี่ยง

ใช้แรงเหวี่ยงที่เกิดจากแม่พิมพ์หมุนเพื่อให้แรงดันในแนวรัศมีสูง ขับโลหะที่หลอมเหลวไปทางผนังแม่พิมพ์เพื่อให้ได้งานหล่อที่มีเนื้อละเอียดพร้อมคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม (Tschirschwitz et al., 2021)

ในการหล่อแนวนอน ชุดประกอบแม่พิมพ์ที่มีประจุโลหะหลอมเหลวจะถูกหมุนรอบแกนภายในเปลือกด้านนอกที่อยู่นิ่ง ความเร็วในการหมุนอาจแตกต่างกันตั้งแต่ 300 รอบต่อนาทีไปจนถึงมากกว่า 1,000 รอบต่อนาที ขึ้นอยู่กับขนาดส่วนประกอบและโลหะวิทยา ประจุโลหะจะสัมผัสกับสนามแรงเหวี่ยงภายนอกที่บังคับของเหลวเข้าหาพื้นผิวแม่พิมพ์ด้านใน แทนที่อากาศที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า (Liu et al., 2018)

เมื่อโลหะหลอมเหลวแข็งตัวเมื่อสัมผัสกับผนังแม่พิมพ์ที่ค่อนข้างเย็น การแช่แข็งจะดำเนินไปด้านในเข้าหาศูนย์กลาง แรงดันในแนวรัศมีสูงช่วยให้สัมผัสกับแม่พิมพ์อย่างใกล้ชิด ช่วยลดข้อบกพร่องในการหดตัวให้เหลือน้อยที่สุด เม็ดเกรนสมดุลย์ละเอียดที่เกิดจากการแข็งตัวอย่างรวดเร็วควบคู่กับแรงกดทำให้ได้งานหล่อที่มีความหนาแน่น ความแข็งแรง และความเหนียวที่เหนือกว่า

เหมาะสำหรับส่วนประกอบแกนสมมาตร เช่น ท่อ ท่อ วงแหวน กระบอกสูบ และปลอกจากโลหะหลายประเภท โดยพิจารณาจากความหนาแน่น ความหนืดหลอมละลาย และคุณลักษณะการแข็งตัว (Tschirschwitz et al., 2021) โลหะผสมเบามีแนวโน้มที่จะมีความลื่นไหลต่ำกว่าเพื่อการเติมที่มีประสิทธิภาพ

ประเภทของกระบวนการหล่อแบบแรงเหวี่ยง

ทั้งสองรูปแบบหลัก ได้แก่ การหล่อแบบแท้จริงและแบบกึ่งแรงเหวี่ยง (Tschirschwitz et al., 2021):

1. การหล่อที่แท้จริงเกี่ยวข้องกับการเทประจุโลหะหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์ที่หมุนได้ โลหะจะต้องมีความลื่นไหลเพียงพอที่จะเติมแม่พิมพ์ภายใต้แรงเหวี่ยง โลหะผสมเบาอาจต้องใช้ระบบการเทแบบแรงดัน

2. การหมุนเหวี่ยงแบบกึ่งเหวี่ยงหรือการหมุนเหวี่ยงจะใช้แม่พิมพ์ที่อยู่นิ่งในตอนแรกซึ่งเต็มไปด้วยโลหะ ตามด้วยการเร่งการประกอบเพื่อกระจายประจุไปที่ผนังก่อนที่จะแข็งตัว ช่วยให้สามารถหล่อโลหะผสมที่มีสภาพคล่องต่ำได้

นอกจากนี้ยังมีกระบวนการหมุนเหวี่ยงในแนวตั้งโดยที่แม่พิมพ์หมุนรอบแกนนอน กระบวนการของ Scheibel บังคับให้โลหะเข้าสู่แม่พิมพ์เปลือกหมุนในแนวตั้งที่ป้อนด้านบนภายใต้แรงดันแก๊ส การหล่อแนวตั้งแบบต่อเนื่องช่วยให้การผลิตไม่หยุดชะงัก

ภาพรวมของขั้นตอนกระบวนการหล่อแบบแรงเหวี่ยง

แม้ว่ารายละเอียดเฉพาะจะแตกต่างกันไป แต่ลำดับขั้นตอนทั่วไปประกอบด้วย (Yang et al., 2020):

1. การเตรียมแม่พิมพ์ - แม่พิมพ์เซรามิกทรงกระบอกหรือแบบท่อถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยมีโปรไฟล์ภายใน ขนาด และผิวสำเร็จที่ต้องการ การประกอบแม่พิมพ์ประกอบด้วยระบบแนะนำและสนับสนุน

2. การติดตั้ง - ชุดประกอบแม่พิมพ์ถูกยึดอย่างแน่นหนากับแนวนอนการหล่อแบบแรงเหวี่ยงเครื่องสามารถควบคุมอัตราเร่งและการหมุนได้อย่างมั่นคง

3. การเท - ด้วยความเร็วการหมุนที่ต้องการ ประจุโลหะหลอมเหลวจะถูกเท/ฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ที่กำลังหมุน การจำลองการไหลของของไหลสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการบรรจุได้

4. การแข็งตัว - ในขณะที่โลหะแข็งตัวเมื่อสัมผัสกับผนังแม่พิมพ์ การหมุนจะยังคงรักษาแรงดันไว้จนกว่าการหล่อทั้งหมดจะแข็งตัว เซ็นเซอร์อินฟราเรดจะตรวจสอบกระบวนการ

5. การทำความเย็นและการถอด - หลังจากการแข็งตัว การหมุนจะหยุดลงและการหล่อจะถูกทำให้เย็นลงภายใต้สภาวะที่ได้รับการควบคุมก่อนที่จะทำการถอดออกและถอดออก

6. การตัดและหลังการประมวลผล - การหล่อทรงกระบอกจะถูกตัดตามความยาวที่ต้องการ และต้องผ่านขั้นตอนการตกแต่งขั้นสุดท้าย เช่น การอบชุบด้วยความร้อน การยืดผม และการตัดเฉือน

มันจึงควบคุมแรงหมุนเพื่อผลิตงานหล่อคุณภาพสูงที่ไม่สามารถบรรลุได้ผ่านกระบวนการหล่อแบบคงที่

ข้อดีของกระบวนการหล่อแบบแรงเหวี่ยง

กระบวนการนี้มักใช้ในการหล่อชิ้นส่วนและส่วนประกอบทรงกระบอก และมีข้อดีหลายประการ:

1. ความบริสุทธิ์และคุณภาพของวัสดุสูง: สิ่งเจือปนและสารเจือปนซึ่งมีน้ำหนักเบากว่าโลหะ มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนตัวเข้าหาศูนย์กลางของชิ้นส่วน ซึ่งสามารถตัดเฉือนออกได้ ส่งผลให้การหล่อมีสิ่งสกปรกและข้อบกพร่องใกล้พื้นผิวน้อยลง

2. โครงสร้างจุลภาคที่หนาแน่นและละเอียด: แรงกดดันสูงนำไปสู่โครงสร้างจุลภาคที่มีเนื้อละเอียดและการหล่อแบบหนาแน่นที่ปราศจากรูพรุนของก๊าซ สิ่งนี้จะเพิ่มคุณสมบัติทางกลของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

3. คุณสมบัติทางกลที่ดี: การผสมผสานระหว่างโครงสร้างเม็ดละเอียดและการหล่อแบบหนาแน่นทำให้ได้คุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่า เช่น ความต้านทานแรงดึงและการยืดตัว เมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นส่วนที่คล้ายกันซึ่งทำผ่านกระบวนการหล่อแบบอื่น

4. การสูญเสียน้อยที่สุด: กระบวนการนี้จะสร้างการหล่อที่ใกล้เคียงกับรูปร่างสุดท้ายด้วยการตกแต่งพื้นผิวที่ดี ซึ่งมักจะต้องใช้การตัดเฉือนและการเก็บผิวละเอียดน้อยลง ซึ่งช่วยลดการสูญเสียวัสดุและการประมวลผลขั้นที่สอง

5. ความคล่องตัว: สามารถรองรับโลหะและขนาดได้หลากหลาย ทำให้มีความหลากหลายสำหรับการใช้งานและอุตสาหกรรมที่แตกต่างกัน

6. ประสิทธิภาพและประหยัด: สำหรับการดำเนินการผลิตจำนวนมาก อาจเป็นทางเลือกที่ประหยัดเนื่องจากประสิทธิภาพในการใช้วัสดุ ใช้แรงงานน้อยกว่าวิธีการดั้งเดิมบางวิธี และความเป็นไปได้ในการทำให้กระบวนการเป็นแบบอัตโนมัติ

7. Gravity Independent: เนื่องจากไม่ต้องอาศัยแรงโน้มถ่วง กระบวนการจึงสามารถสร้างความหนาและโครงสร้างที่สม่ำเสมอมากขึ้นแม้จะมีรูปร่างที่ซับซ้อนก็ตาม

8. ความสมบูรณ์ภายใน: แรงเหวี่ยงจะอัดโลหะและผลักสิ่งสกปรกไปยังรูที่สามารถตัดเฉือนออกได้ ซึ่งส่งผลให้เกิดเสียงและส่วนประกอบที่เป็นโลหะแข็ง

9. การควบคุมโลหะวิทยา: แรงเหวี่ยงช่วยในการแข็งตัวตามทิศทาง ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมคุณสมบัติทางโลหะวิทยาได้ดีขึ้น

ที่การหล่อแบบแรงเหวี่ยงกระบวนการแม้จะได้เปรียบสำหรับการใช้งานบางอย่าง แต่อาจไม่เหมาะกับการหล่อหรือวัสดุทุกประเภท มีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับชิ้นส่วนที่มีรูปร่างสมมาตรรอบแกน แต่สามารถนำไปประยุกต์ผลิตชิ้นส่วนที่ไม่มีสมมาตรในการหมุนได้ในระดับหนึ่งด้วยความเชี่ยวชาญในการออกแบบและอุปกรณ์ที่เหมาะสม หากคุณสนใจบริการนี้ กรุณาสอบถามได้ที่ info@welongpost.com!

อ้างอิง:

หลิว เจ และคณะ (2018) การตรวจสอบและการทำนายความสามารถในการเติมอะลูมิเนียมอัลลอยด์ ZL101A ในกระบวนการหล่อแบบแรงเหวี่ยงแนวนอน ความก้าวหน้าทางวิศวกรรมเครื่องกล, 10(6), 1-9

Tshirschwitz, F. และคณะ (2021). การหล่อแบบแรงเหวี่ยง ในคู่มือ ASM เล่มที่ 15: การคัดเลือกนักแสดง (หน้า 784-792) เอเอสเอ็ม อินเตอร์เนชั่นแนล

หยาง เอฟ และคณะ (2020). กระบวนการหล่อแบบแรงเหวี่ยงสำหรับข้อต่อท่อของเหล็กหล่อกลม โลหะ 10(2), 246.