Descripción general de la fundición centrífuga
La fundición centrífuga es un proceso que entrega componentes de alta solidez del material. Como resultado, es la tecnología elegida para aplicaciones como carcasas de compresores de motores a reacción, anillos de desgaste hidráulicos, muchos productos militares y otras aplicaciones de alta confiabilidad. También ha demostrado ser un medio rentable de proporcionar formas complejas con requisitos de mecanizado reducidos y costos de fabricación más bajos en comparación con las piezas forjadas y las fabricaciones.
Los pasos del proceso de fundición centrífuga comienzan con el metal fundido que se vierte en una matriz giratoria precalentada. El troquel se puede orientar sobre un eje vertical u horizontal dependiendo de la configuración de la pieza deseada.
Al hacer girar un molde mientras se vierte el metal fundido en él, la fuerza centrífuga actúa para distribuir el metal fundido en el molde a presiones que se aproximan a 100 veces la fuerza de la gravedad. La combinación de esta presión aplicada y la mecánica de ingeniería de solidificación controlada y refinación secundaria produce componentes de calidad superior.
A medida que la matriz comienza a llenarse, el metal fundido más denso es empujado hacia la pared de la matriz giratoria. La solidificación direccional del metal sano progresa desde el OD hacia el orificio, mientras que el material menos denso, incluidas las impurezas, "flota" hacia el DI
Una vez que la fundición se ha solidificado, la pieza se retira de la matriz y las impurezas residuales en el DI se eliminan por maquinado, lo que da como resultado una estructura sin defectos, sin cavidades ni bolsas de gas.
Tipos de fundición centrífuga
Hay dos tipos de procesos de fundición centrífuga: vertical y horizontal. Además, algunos fabricantes ofrecen conformado casi neto que combina los beneficios de la fundición centrífuga con el conformado OD, tal vez incluso con el detalle terminado de unfundición de inversión.
Fundición centrífuga vertical
Algunos fabricantes producen componentes centrífugos, incluidos algunos con forma de OD, en troqueles que giran sobre el eje vertical. Estas fundiciones verticales pueden lograr esa conformación de OD mediante la inserción de moldes de grafito, arena o cerámica en el troquel, lo que resulta en un procesamiento posterior significativamente reducido, como el mecanizado o la fabricación.
Los detalles en la superficie exterior de la fundición se pueden modificar de la forma circular real mediante la introducción de pestañas o protuberancias en el diámetro interior del molde. La pieza terminada no necesita ser simétrica pero, en algunos casos, el molde de fundición sí lo es para mantener el equilibrio mientras gira.
El diámetro interior y, por lo tanto, el espesor de la pared de la fundición son funciones de la cantidad de metal que se vierte en el molde giratorio y de la cantidad que se elimina por maquinado. Al colar verticalmente, la altura de la colada normalmente será menos del doble del ancho.
Fundición centrífuga horizontal
Algunas ruedas centrífugas producen solo piezas de fundición horizontales en las que el dado gira sobre el eje horizontal. Este es un método rentable para producir componentes tubulares de alta calidad.
Este proceso es especialmente adecuado para piezas cilíndricas largas donde la longitud de fundición es significativamente mayor que su diámetro exterior. Esto incluye secciones de tubo recto, cilindros largos con bridas en los extremos o piezas cortas como anillos o bridas en las que se pueden mecanizar varias piezas con eficacia a partir de un cilindro recto.
Un molde de fundición de acero largo se hace girar a alta velocidad mientras se coloca horizontalmente. La velocidad de rotación del molde es alta, para compensar las fuerzas gravitatorias. Se fijan cubiertas en cada extremo del molde para contener el metal fundido y se usa un embudo de vertido para entregar un peso específico de metal dentro del molde.
Al igual que en la fundición vertical, la dimensión interior del molde determina el tamaño del diámetro exterior de la pieza, mientras que la cantidad de metal vertido en el molde determina el tamaño del diámetro interior.
Fundición centrífuga al vacío
La colada centrífuga en vacío se usa cuando el detalle de la pieza y el control de la exposición a la atmósfera son críticos, ya que algunas aleaciones, incluidas las superaleaciones de níquel-cobalto, son reactivas al oxígeno. Además de las ventajas de la fundición al vacío, se logra la alta integridad del metal inherente que brinda la fundición centrífuga, incluida la solidificación direccional, la ausencia de porosidad y la conformación neta.Fundición centrífuga al vacíoproporciona productos con una fiabilidad muy alta, a menudo utilizados en aplicaciones aeroespaciales y militares.
Solidificación direccional
Una dinámica clave en el proceso centrífugo es que se logra que la solidificación ocurra en una dirección. El tamaño exterior y la forma de la fundición están determinados por la superficie del troquel (molde), que actúa como un enfriador para iniciar la solidificación. Con la ayuda de materiales exotérmicos que pueden agregarse al DI después del vertido, junto con el disipador de calor del molde en el DE, un gradiente de temperatura da como resultado una solidificación direccional desde el DE hasta el DI. El metal líquido está continuamente disponible para alimentar la fundición, promoviendo metal sonoro hasta la identificación si finalmente se solidifica.
El mecanizado exterior generalmente se realiza para eliminar la rugosidad de la superficie y mantener la concentricidad con el orificio. Sin embargo, en algunas aplicaciones, es aceptable una superficie de diámetro exterior recién colada. Cualquier contracción que ocurra en una centrífuga está en el DI, que siempre se eliminará mediante el mecanizado.
Cuándo elegir la fundición centrífuga
Piezas simétricas que pueden girar sobre un eje.
Las propiedades estáticas del material de fundición son inadecuadas.
El encogimiento de la línea central es un problema al usar otros procesos de fundición.
Funciones de identificación limitadas.
Piezas grandes, hasta 135,000 lbs. / 61.350 kg o más.
Altos costos de maquinado para la conformación de OD.
Cuando se requiera, la aleación no funcionará o no es factible para otros procesos.
Se requiere una estructura de grano uniforme.
Se requiere integridad dimensional.
