建议收藏：一文搞懂离心铸造的转速计算

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

离心铸造是特种铸造工艺中的一种。该工艺将液态金属倒入旋转的模具中，在金属充型凝固的整个过程中，模具持续以一定的速度（或阶梯变化的转速）旋转。

金属液通过旋转离心力作用，紧贴金属模具的壁面发生相对滑移流动，此过程中产生的气体和熔渣将移动到铸件的中心区域，因此铸件获得了强度更高的致密结构。

因为以上工艺优势，离心铸造特别适合于于圆筒形铸件的单件与批量生产，常见的离心铸造产品包括：管道、衬套、套筒、活塞环、滑轮、大型螺母等

离心铸造可以分为立式和卧式两种，前者的旋转轴与重力方向一致，后者旋转轴为水平，和重力方向垂直。

以上两种情况下，重力与离心力的交互作用不同，因此在离心铸造转速的计算上，存在一些差异。这点需要特别注意。

Cast-Designer针对某管件的卧式离心铸造分析：不同转速下流动效果（150rpm vs 300rpm）

离心铸造转速对铸件品质的影响：

离心铸造转速对铸件中产生的气孔，夹渣，缩松，偏析等缺陷都会产生直接影响，此外，铸件的圆周度以及铸件内部的组织致密程度，也与转速息息相关。

由于旋转本身的特点，铸件外周所受离心力要大于内部，因此，离心铸造产品更容易产生偏析。而提高转速，有助于增加金属液紊流程度，形成自搅拌效果，部分抵消偏析的不良影响，也有利于结晶组织均均匀化，有利于减轻前期“云斑”偏析。[1]

此外，转速不足，离心力不足时，容易产生“淋落”现象，即合金液无法附着在先前浇入的合金液表面而产生的雨淋般跌落），可能在外表面形成纵向裂纹。

当然，转速也不宜过高，过高的转速会对离心机的制造和安装提出严苛的挑战，不但影响机器寿命，如果精度不足，甚至会引起铸型剧烈跳动，造成重大安全事故。

离心铸造转速的计算方法汇总

关于离心铸造转速的计算方法共有20多种，大多数基于模具类型，铸件大小和厚薄等尺寸特征，合金类型分别适用，本文中主要介绍5种较为常用的计算公式。

方法一：康斯坦丁诺夫公式

康斯坦丁诺夫认为，不管金属液种类如何，铸件内表面“有效重度”达到3.4x10^6N/m^3，就能保证得到组织细密的离心铸造件。铸型转速用下式计算[2]：

离心铸造转速计算公式①：康斯坦丁诺夫公式

· n：铸型转速（r/min）；

· R：铸件内表面半径（m）；

· γ：合金重度（N/m^3）；

· β：调整系数（可按下表选取）。

表一：康斯坦丁诺夫调整系数β速查表

注意：该公式适用于水平离心铸造，且铸件（外径/内径）比值不大于1.5的情况。

关于外径内径比值导致的康斯坦丁诺夫适用性，业界存在多种不同的声音。比如《铸造手册第六卷：特种铸造》中认为该比值不应大于1.15，即仅适用于薄壁件。而武昌船舶重工的杨为勤根据30多年来上百例厚壁件的实际应用情况，认为在外径内径比值大于2的铸件也基本适用。[3]

方法二：布鲁左夫计算公式

布鲁左夫公式采用重力系数计算离心铸造转速

离心铸造转速计算公式②：布鲁左夫公式

· n：铸型转速（r/min）；

· R：铸件内表面半径（m）；

· G：重力系数，可按下表查询

表二：布鲁左夫重力系数速查表

注意：理论上G取20即可使筒、管形铸件成形，但实际选用数值远高于此，如上表所示。

方法三：凯门公式

离心铸造转速计算公式③：凯门公式

· n：铸型转速（r/min）；

· R：铸件内表面半径（m）；

· C：综合系数，可按下表查询

表三：凯门公式综合系数速查表

方法四：非金属铸型转速计算公式

离心铸造转速计算公式④：非金属铸型转速计算公式

· n：铸型转速（r/min）；

· P：非金属铸型能承受的最大离心压力（MPa），可表四查询；

· γ：合金密度（kg/m^3）；

· R外、R内：铸件外径与内径（m）。

表四：非金属型转速计算最大离心压力P值速查表

该计算公式主要考虑确保铸型不因离心力而受损，因此大于该公式计算结果的转速，可能会带来铸型损坏的风险。

方法五：根据铸件内孔上下允差计算铸型转速

离心铸造转速计算公式⑤：铸件内孔上下允差计算转速公式

· n：铸型转速（r/min）；

· P：非金属铸型能承受的最大离心压力（MPa），可表四查询；

· γ：合金密度（kg/m^3）；

· D、d：铸件内孔允许的半径（m）。

立式离心铸造中，旋转轴为竖直方向，因此，如转速不足，可能导致铸件内孔孔径存在上下差异，实际取用转速需大于所计算的转速。