Qu'est-ce que la coulée centrifuge

La coulée centrifuge est un procédé de moulage de métaux qui utilise la force de rotation pour produire des pièces cylindriques. Ce procédé consiste à couler du métal en fusion dans un moule rotatif où la force centrifuge pousse le métal contre les parois du moule. On obtient ainsi des pièces aux structures denses et uniformes, avec un minimum de défauts.

Cette technique permet de produire des composants cylindriques creux tels que des tuyaux, des tubes et des bagues. Les industries font appel à la coulée centrifuge pour les pièces exigeant une résistance et une durabilité élevées. Ce procédé fonctionne avec divers métaux et offre des résultats constants, que ce soit en petites ou grandes séries.

Comment fonctionne la coulée centrifuge

La coulée centrifuge consiste à faire tourner un moule à grande vitesse tout en y versant du métal en fusion. La rotation crée une force centrifuge qui projette le métal vers l'extérieur, contre les parois du moule. Cette force est généralement 50 à 100 fois supérieure à la gravité.

L'action de rotation sépare les impuretés et les gaz du métal. Les matériaux légers se déplacent vers le centre, tandis que le métal plus dense et plus pur forme la paroi extérieure. Cette séparation naturelle crée des pièces aux excellentes propriétés mécaniques et présentant moins de défauts que les méthodes de moulage traditionnelles.

Processus de coulée centrifuge

Étape 1 : Préparation du moule

La première étape consiste à préparer le moule pour la coulée. Les ouvriers le nettoient soigneusement et appliquent un revêtement réfractaire sur la surface intérieure.

Étape 2 : Chauffage du moule

Ensuite, le moule est chauffé à la température appropriée, généralement comprise entre 300 et 700 °C.

Étape 3 : Rotation du moule

Le moule commence à tourner à une vitesse de 300 à 3000 XNUMX tr/min avant la coulée du métal. Il continue de tourner tout au long du processus de coulée.

Étape 4 : Coulage du métal

Le métal en fusion est versé dans le moule rotatif via un bassin de coulée ou une auge. La force centrifuge répartit immédiatement le métal uniformément le long des parois du moule.

Étape 5 : Solidification

Le métal se solidifie de l'extérieur vers l'intérieur à mesure que le moule continue de tourner. Cette solidification directionnelle repousse les impuretés vers l'intérieur, où elles peuvent être facilement éliminées.

Étape 6 : Retrait de la pièce

Une fois complètement solidifiée, la rotation s'arrête et la pièce refroidit jusqu'à la température de manipulation. Les ouvriers retirent ensuite la pièce moulée du moule. La surface intérieure nécessite souvent un usinage pour obtenir les dimensions finales.

Quels sont les différents types de coulée centrifuge

Véritable coulée centrifuge

La véritable coulée centrifuge produit des pièces cylindriques creuses sans noyau. Ce procédé repose entièrement sur la force centrifuge pour façonner le diamètre intérieur de la pièce. Cette méthode permet d'obtenir des pièces présentant une épaisseur de paroi uniforme et une excellente densité.

Les produits courants comprennent les tuyaux, les tubes, les chemises de cylindre et les bagues de roulement. Ce procédé est particulièrement adapté aux pièces dont le rapport longueur/diamètre est compris entre 0.5 et 15.

Coulée semi-centrifuge

La coulée semi-centrifuge utilise la force centrifuge pour remplir des cavités de moule disposées autour d'un axe central. Contrairement à la coulée centrifuge classique, cette méthode permet de produire des pièces massives ou des pièces d'épaisseurs de paroi variables. Un noyau central est souvent utilisé pour créer des géométries internes spécifiques.

Cette technique est idéale pour la fabrication de roues, poulies, engrenages et autres pièces symétriques. La force centrifuge permet une meilleure répartition du métal que les méthodes de coulée statique.

Centrifugation

La centrifugation consiste à disposer plusieurs cavités de moulage autour d'une carotte centrale. Lors de la rotation de l'ensemble, le métal en fusion s'écoule du réservoir central vers chaque cavité. Cette méthode allie les avantages de la force centrifuge à la possibilité de couler simultanément plusieurs petites pièces.

Les fabricants utilisent la centrifugation pour produire de petites pièces de précision comme des bijoux, des implants dentaires et des composants aérospatiaux. Ce procédé garantit une qualité constante dans toutes les cavités.

Orientations horizontales et verticales des machines

Coulée centrifuge horizontale

Les machines de coulée centrifuge horizontales font tourner le moule autour d'un axe horizontal. Cette orientation est particulièrement adaptée aux pièces cylindriques longues dont la longueur est supérieure au diamètre. La configuration horizontale facilite le coulage et assure une épaisseur de paroi uniforme sur toute la longueur.

Les machines horizontales produisent généralement des tuyaux mesurant jusqu'à 50 mètres de long et 6 mètre de diamètre. Leur conception simplifie l'extraction des pièces longues après la coulée.

Coulée centrifuge verticale

Les machines de coulée centrifuge verticales font tourner le moule autour d'un axe vertical. Cette configuration convient aux pièces plus courtes dont le diamètre est supérieur à la hauteur. Les machines verticales offrent un meilleur contrôle des variations d'épaisseur de paroi et produisent des pièces présentant une concentricité supérieure.

Les applications courantes incluent les bagues de coulée, les brides et les cylindres courts. L'orientation verticale facilite également l'intégration des noyaux et des inserts.

Matériaux pour la coulée centrifuge

Métaux ferreux

• FersLa fonte, la fonte ductile et la fonte grise sont particulièrement efficaces en coulée centrifuge. Ces matériaux atteignent des densités allant jusqu'à 99.5 % de la valeur maximale théorique. Leurs applications courantes incluent les chemises de cylindre, les tambours de frein et les vérins hydrauliques.
• Les aciersLes aciers au carbone, les aciers alliés et les aciers inoxydables peuvent tous être coulés par centrifugation. Ce procédé permet d'obtenir des pièces en acier dont les propriétés mécaniques sont 25 à 30 % supérieures à celles des pièces moulées statiques. Parmi les produits typiques, on trouve des tubes pour les usines pétrochimiques et des rouleaux pour les aciéries.

Métaux non-ferreux

• Alliages à base de cuivreLes alliages de bronze et de laiton sont fréquemment coulés par centrifugation. Ces matériaux offrent une excellente résistance à la corrosion et une excellente conductivité thermique. Les manchons d'hélices marines et les bagues électriques sont des applications courantes.
• Alliages à base de nickelLes superalliages contenant du nickel résistent aux températures extrêmes et aux environnements corrosifs. La coulée centrifuge produit des pièces en alliage de nickel pour les équipements de traitement chimique et les turbines à gaz.
• Alliages d'aluminiumBien que difficile à réaliser en raison de leur faible densité, les alliages d'aluminium peuvent être coulés avec succès par centrifugation. Ce procédé requiert des vitesses de rotation plus élevées, mais produit des pièces avec porosité minimale.
• Alliages à base de cobaltCes alliages conservent leur résistance à haute température et résistent à l'usure. La coulée centrifuge permet de fabriquer des composants en alliage de cobalt pour les moteurs aérospatiaux et les implants médicaux.

Quels sont les avantages de la coulée centrifuge

• Propriétés mécaniques supérieures:Les pièces ont une résistance à la traction 30 % supérieure à celle des méthodes de moulage statique en raison de la structure à grains fins et de la solidification directionnelle.
• Défauts minimes:La force centrifuge élimine porosité du gaz et les cavités de retrait en maintenant la pression pendant la solidification.
• Aucun cœur requis:Le véritable moulage centrifuge produit des pièces creuses sans noyau, réduisant ainsi les coûts et la complexité.
• Excellente structure métallurgique:Le processus crée des pièces uniformément denses avec des propriétés cohérentes sur toute l'épaisseur de la paroi.
• Rentable pour les pièces cylindriques:Les coûts de production sont de 20 à 40 % inférieurs à ceux des autres méthodes pour les tuyaux, les tubes et les anneaux.
• Large gamme de tailles:Des pièces de 2 pouces à 10 pieds de diamètre et jusqu'à 50 pieds de long peuvent être produites.
• Économies matérielles:Le moulage en forme quasi nette réduit les besoins d'usinage et le gaspillage de matériaux jusqu'à 50 %.
• Séparation des impuretés:La force centrifuge sépare naturellement les inclusions et les impuretés vers l'alésage intérieur où elles sont éliminées.

Quelles sont les limites de la coulée centrifuge

• Restrictions de forme:Le procédé ne produit que des pièces cylindriques ou symétriques, ce qui limite la flexibilité de conception.
• Limitations de taille pour les petites pièces:Les pièces de moins de 2 pouces de diamètre sont difficiles à mouler efficacement.
• Coûts d'équipement:L'investissement initial pour les machines de coulée centrifuge varie de 100,000 2 $ à XNUMX millions de dollars.
• Opérateurs qualifiés requis:Le processus nécessite des techniciens expérimentés pour définir les paramètres et résoudre les problèmes.
• Options d'alliage limitées:Certains alliages présentant une faible fluidité ou des caractéristiques de solidification spécifiques ne se coulent pas bien.
• Opérations secondaires nécessaires:Les surfaces intérieures nécessitent souvent un usinage pour obtenir les dimensions et la finition finales.
• Exigences en matière de volume de production:Le procédé devient économique uniquement pour des séries de 50 pièces ou plus.
• Les préoccupations de sécurité:Les moules tournants avec du métal en fusion créent des dangers nécessitant des protocoles et des équipements de sécurité stricts.

Quelles sont les applications de la coulée centrifuge

• Fabrication de tuyaux et de tubes:Les conduites d'eau, les conduites d'égout et les produits tubulaires des pays pétroliers dépendent du moulage centrifuge pour leur résistance à la corrosion et leur solidité.
• Rouleaux industriels:Les usines de papier, les aciéries et les imprimeries utilisent des rouleaux coulés par centrifugation qui résistent à des charges élevées et à l'usure.
• Chemises de cylindre:Les fabricants de moteurs produisent des chemises de cylindre dotées de propriétés supérieures de résistance à l'usure et de dissipation de la chaleur.
• Boîtiers de roulements:Les grands roulements pour turbines, concasseurs et machines lourdes bénéficient de la structure uniforme du processus.
• Équipement de traitement chimique:Les tubes et récipients résistants à la corrosion traitent des produits chimiques agressifs dans les raffineries et les usines.
• Composants de production d'énergie:Les carters de turbines à vapeur, les tubes de chaudières et les pièces d'échangeurs de chaleur nécessitent la haute intégrité que ce processus offre.
• Exploitation minière et traitement des minéraux:Les composants du concasseur, les tuyaux à boue et les plaques d'usure résistent à l'abrasion dans les environnements difficiles.
• applications marines:Les manchons d'arbre d'hélice, les tubes d'étambot et les composants du système d'eau de mer résistent à la corrosion et à l'érosion.
• Pièces aérospatiales:Les anneaux de moteurs à réaction, les chambres de combustion et les tubes structurels répondent à des exigences de qualité strictes grâce au moulage centrifuge.