建议收藏：一文搞懂离心铸造的转速计算

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。

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。

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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]：

• 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

种类	β
铜合金卧式离心铸造套类件	1.2~1.4
铜合金立式离心铸造环类件	1.0~1.6
铸铁套类件	1.2~1.5
铸钢套筒类件	1.0~1.3
铝合金套类件	0.9~1.1

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

• 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

铸件名称	G	铸件名称	G
中空冷硬轧辊	75~150	轴承钢圈	50~65
内燃机气缸套	80~110	铸铁管（砂型）	65~75
大型缸套	50~80	铸铁管（金属型）	30~60
钢背铜套	50~60	双层离心铸管	10~80
钢管	50~65	铝硅合全套	80~120

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

• 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

• 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

砂型	组芯造型	陶瓷型
0.003~0.004	0.004~0.006	0.006~0.008

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

• 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。

以上五种计算公式中，除了康斯坦丁诺夫公式是精确推到之外，其他公式均为经验公式，具有较强的适用性约束条件，而且假设与系数选择有很大的取用空间。通常认为，转速差异在小于15%的偏差时，一般不会对浇注过程和铸件质量产生明显影响。

由于历史问题，我国与前苏联采用康斯坦丁诺夫公式计算转速较多，欧美国家采用布鲁左夫公式与凯门公式较为普遍。

参考

1. ^谢应良. 典型铸铁件铸造实践 [M]. 北京：机械工业出版社，2013.

2. ^孟欣等编委会. 离心铸造新工艺新技术与铸件质量控制及检验实务全书 [M]. 北京：北方工业出版社，2006.

3. ^杨为勤. 大型壁厚螺母的离心铸造工艺研究 [J]. 铸造，2010（7）：695-699