Présentation de la coulée centrifuge
La coulée centrifuge est un processus qui fournit des composants d'une grande solidité matérielle. En conséquence, c'est la technologie de choix pour des applications telles que les carters de compresseur de moteur à réaction, les bagues d'usure hydrauliques, de nombreux produits militaires et d'autres applications à haute fiabilité. Il s'est également avéré être un moyen rentable de fournir des formes complexes avec des exigences d'usinage réduites et des coûts de fabrication inférieurs par rapport aux pièces forgées et aux fabrications.
Les étapes du processus de coulée centrifuge commencent par le coulage du métal en fusion dans une matrice de filature préchauffée. La matrice peut être orientée soit sur un axe vertical, soit sur un axe horizontal selon la configuration de la pièce souhaitée.
En faisant tourner un moule pendant que le métal fondu y est versé, la force centrifuge agit pour répartir le métal fondu dans le moule à des pressions approchant 100 fois la force de gravité. La combinaison de cette pression appliquée et de la mécanique d'ingénierie de la solidification contrôlée et du raffinage secondaire produit des composants de qualité supérieure.
Au fur et à mesure que la filière commence à se remplir, le métal en fusion plus dense est forcé vers la paroi de la filière de filature. La solidification directionnelle du métal sain progresse du diamètre extérieur vers l'alésage, tandis que le matériau moins dense, y compris les impuretés, "flotte" vers le diamètre intérieur
Une fois la coulée solidifiée, la pièce est retirée de la matrice et les impuretés résiduelles dans l'ID sont éliminées par usinage, ce qui donne une structure sans défauts, sans cavités ni poches de gaz.
Types de coulée centrifuge
Il existe deux types de procédés de coulée centrifuge - vertical et horizontal. De plus, certains fabricants proposent une mise en forme quasi nette qui combine les avantages de la coulée centrifuge avec la mise en forme OD, peut-être même avec le détail fini d'unmoulage de précision.
Coulée centrifuge verticale
Certains fabricants produisent des composants centrifuges, dont certains avec mise en forme OD, dans des matrices tournant autour de l'axe vertical. Ces moulages verticaux peuvent atteindre cette mise en forme OD en insérant des moules en graphite, en sable ou en céramique dans la matrice, ce qui réduit considérablement le post-traitement, comme l'usinage ou la fabrication.
Les détails sur la surface extérieure du moulage peuvent être modifiés par rapport à la véritable forme circulaire par l'introduction de rebords ou de bossages sur le diamètre intérieur du moule. La pièce finie n'a pas besoin d'être symétrique mais, dans certains cas, le moule de coulée le fait pour maintenir l'équilibre pendant la filature.
Le diamètre intérieur et donc l'épaisseur de paroi de la pièce moulée sont fonction de la quantité de métal versé dans le moule rotatif et de la quantité usinée. Lors de la coulée verticale, la hauteur de la coulée sera généralement inférieure à deux fois la largeur.
Coulée centrifuge horizontale
Certaines roulettes centrifuges ne produisent que des moulages horizontaux où la matrice tourne autour de l'axe horizontal. Il s'agit d'une méthode rentable pour produire des composants tubulaires de haute qualité.
Ce processus est particulièrement adapté aux pièces cylindriques longues où la longueur de coulée est nettement supérieure à son diamètre extérieur. Cela inclut les sections de tube droites, les longs cylindres avec des brides d'extrémité ou des pièces courtes telles que des anneaux ou des brides où plusieurs pièces peuvent être usinées efficacement à partir d'un cylindre droit.
Un long moule de coulée en acier est tourné à grande vitesse tout en étant positionné horizontalement. La vitesse de rotation du moule est élevée, pour compenser les forces gravitationnelles. Des couvercles sont fixés à chaque extrémité du moule pour contenir le métal fondu et un entonnoir de coulée est utilisé pour fournir un poids spécifié de métal à l'intérieur du moule.
Tout comme dans la coulée verticale, la dimension intérieure du moule détermine la taille OD de la pièce, tandis que la quantité de métal versé dans le moule détermine la taille ID.
Coulée centrifuge sous vide
La coulée centrifuge sous vide est utilisée lorsque le détail des pièces et le contrôle de l'exposition à l'atmosphère sont critiques, car certains alliages, y compris les superalliages nickel-cobalt, sont réactifs à l'oxygène. En plus des avantages de la coulée sous vide, la haute intégrité inhérente du métal fournie par la coulée centrifuge est réalisée, y compris la solidification directionnelle, l'absence de porosité et la mise en forme du filet.Coulée centrifuge sous videfournit des produits d'une très grande fiabilité, souvent utilisés dans les applications aérospatiales et militaires.
Solidification directionnelle
Une dynamique clé dans le processus centrifuge est que la solidification est gérée pour se produire dans une direction. La taille et la forme extérieures de la pièce coulée sont déterminées par la surface de la matrice (moule), qui agit comme un refroidisseur pour initier la solidification. À l'aide de matériaux exothermiques qui peuvent être ajoutés à l'ID après le coulage, ainsi que du dissipateur thermique du moule à l'OD, un gradient de température entraîne une solidification directionnelle de l'OD à l'ID Le métal liquide est continuellement disponible pour alimenter la coulée, favorisant métal sonore jusqu'à ce que l'ID se solidifie enfin.
L'usinage extérieur est généralement effectué pour éliminer la rugosité de surface et maintenir la concentricité avec l'alésage. Cependant, dans certaines applications, une surface OD brute de coulée est acceptable. Tout retrait se produisant dans une centrifugeuse se situe au niveau du diamètre intérieur, qui sera toujours éliminé par usinage.
Quand choisir la coulée centrifuge
Pièces symétriques pouvant pivoter sur un axe.
Les propriétés statiques du matériau de coulée sont inadéquates.
Le rétrécissement de la ligne centrale est un problème avec d'autres processus de coulée.
Fonctionnalités d'identification limitées.
Grandes pièces, jusqu'à 135 000 lb. / 61 350 kg ou plus.
Coûts d'usinage élevés pour la mise en forme OD.
Lorsque cela est nécessaire, l'alliage ne fonctionnera pas ou n'est pas réalisable pour d'autres processus.
Une structure de grain uniforme est requise.
L'intégrité dimensionnelle est requise.
