Изготовление формы для отливки алюминиевых деталей: секреты мастера

Необходимое оборудование

Чтобы изготовить алюминиевые детали разного назначения с высокой точностью под давлением, потребуется специальное оборудование: автоматическая машина и прочные пресс-формы. Для литья алюминия их обычно делают на основе стальных сплавов.

Их поверхность отливки должна быть почти идеальной, не допускаются никакие искажения геометрической конфигурации и размера. Пресс-форма должна быть оснащена механизмом, благодаря которому из нее готовую деталь можно будет извлечь без труда. Помимо этого, в ее составе должны присутствовать и подвижные стержни из металла, с помощью которых образуются внутренние полости заготовок.

Будущим изделиям, которые вы будете заливать в специальные формы, потребуется придать ту или иную конфигурацию, которые преимущественно зависят от самих форм. В таком литейном процессе также используются специализированные машины и прочее оборудование.

Литейные машины могут иметь холодную или горячую камеру, в которой осуществляется процесс прессования форм. Обычно машины с горячей камерой для плавки металла применяются для изготовления сплавов преимущественно на основе цинка. Нужное давление в них нагнетается благодаря применению поршня или сжатого воздуха. Под давлением расплавленная смесь медленно вытесняется вовнутрь предварительно приготовленных пресс-форм.

А машины, где применяют холодное давление, в основном используются тогда, когда потребуется сделать отливки с добавлением медных и магниевых сплавов. Расплавленная смесь в таком случае в процессе литья попадает вовнутрь форм под очень большим давлением, иногда оно может составлять около 700 мегапаскаль.

Благодаря литью под давлением можно в плане производительности достичь высоких показателей, также не нужно будет детали подвергать дополнительно механической обработке. Машины отличаются по моделям в зависимости от своих рабочих параметров.

Производство форм

Специальные литейные машины в домашних условиях практически не используются. Это не целесообразно не только в отношении больших затрат на их приобретение, но и потому что процесс достаточно сложный в техническом плане. А еще оборудование, которое работает под давлением, очень габаритное.

В домашних условиях выплавляемым изделиям на основе алюминия требуемая форма придается ручным способом. Форму при этом тоже можно сделать самому. Многие домашние мастера применяют методику литья «в землю», благодаря которой можно в итоге получить необходимые алюминиевые детали без специального оборудования.

Моделям форм, с которыми приходится работать, вы сможете придать определенную конфигурацию, причем сами формы изготавливаются на основе подручных материалов своими руками. В частности, форму можно получить из простого цементного раствора. В такой ситуации выплавляемой заготовке можно придать прямоугольную или квадратную форму. В интернете можно отыскать видеоуроки, как правильно залить алюминий в цемент.

Для литья нередко применяются гипсовые формы. Гипсовым моделям в такой ситуации можно придать почти любую конфигурацию. Очень важным показателем при работе с формами является усадка материала. При его застывании он должен быть минимальным.

Под заливку алюминия моделям можно придать желаемую конфигурацию благодаря применению воска. Но здесь нужно сказать, что посредством воска можно изготавливать на основе алюминия только небольшие детали. Благодаря ряду эксплуатационных характеристик восковым моделям можно будет придать даже сложные конфигурации, но изготовить детали таким способом можно только один раз.

https://youtube.com/watch?v=gpariUr_FZE

Литейным методом можно с легкостью изготавливать детали на преимущественно дюралевой основе. Дюраль — это материал, состоящий преимущественно из алюминиевого сплава с рядом других компонентов. Но нужно знать, что заготовки, которые выплавляются на его основе, застывают долго.

Модели, которые используются под литье металла, должны обязательно быть подготовлены: их потребуется очистить и нанести масло в качестве смазки.

Как плавить алюминий в условиях выживания

Навыки выживания у вас под рукой становятся невероятно бесценными! Одним из умений, которые в последние годы, к сожалению, оказались на обочине, является искусство кузнечного дела. Знать, как расплавить алюминий, является важным навыком выживания, который нужно освоить. Вы не можете довериться, что в неопределенном будущем кто-то сделает это за вас… вы должны знать, как создавать свои собственные материалы.

Вот как расплавить алюминий на заднем дворе.

Задний двор. Кузнечное дело: как расплавить алюминий

Термин «выживание DIY» можно легко понять, если принять его буквально. Это просто означает, что вы можете делать большинство вещей самостоятельно.

Читать также: Профессия токарь описание для детей

Наличие собственного тигля позволит вам создать мелкую металлообрабатывающую промышленность на заднем дворе (или бомбоубежище). Алюминиевые сплавы могут быть трудно изготовить сами по себе. Но наличие стопки слитков, изготовленных из расплавленного алюминия, может предоставить вам большое количество сырья для сборки инструментов.

К счастью, с небольшим количеством времени, усилий и несколькими предметами домашнего обихода вы можете построить свой собственный! Перед началом таяния вам нужно произвести литейный завод. С вашим собственным литейным цехом вы можете расплавить металлы, такие как алюминий, и переделать их в нужные вам инструменты. У нас есть пошаговые инструкции о том, как создать собственный мини-литейный цех и как расплавить алюминий.

Ознакомьтесь с приведенным ниже видеоуроком, чтобы узнать, как: Как только вы создадите эту плавильню, вы можете делать с ней всевозможные вещи! Посмотрите на это короткое учебное видео ниже, которое показывает, как превратить алюминиевый лом в «кексы». В основном, кексы изготовлены из расплавленного алюминия. После таяния ваших алюминиевых банок вы можете превратить их в множество отличных вещей, которые можно использовать для целей выживания.

Предупреждение: этот литейщик может достигать температур более 1200 градусов по Фаренгейту! Перед тем, как попытаться использовать литейный завод, обязательно используйте все необходимое оборудование для обеспечения безопасности.

Охлаждение литейной формы

Расплавленный алюминий начинает затвердевать, как только он попадает в литейную форму. Когда все полости литейной формы заполнены и расплавленный алюминий полностью затвердевает, формируется заданная форма отливки. Литейную форму не открывают, пока не закончится заданное время ее охлаждения. Необходимую длительность охлаждения оценивают по толщине стенки отливки и температуре заливки металла.

Большинство возможных дефектов, которые могут быть в алюминиевой отливке, возникают в результате процесса затвердевания. Если расплавленный алюминий охлаждать слишком быстро, то на отливке могут возникать усадка, трещины или участки, недостаточно наполненные металлом.

Особенности промышленного процесса

Плавлением, а соответственно, и литьем всевозможных деталей из алюминия люди занимаются на протяжении многих лет.

Его температура плавления, которая составляет чуть более шестисот градусов по Цельсию, не требует использования какого-то специфического оборудования.

Данный материал за счет своей высокой пластичности способен приобретать практически любую форму.

Изначально для изготовления деталей из алюминия при помощи его литья использовали разнообразные формы, которые вставляли в землю.

Чуть позже появились гипсовые формы, которые изготавливались своими руками.

Видео:

В настоящее время практикуется использование специальных пресс-форм, при помощи которых изготовление самых разных деталей из алюминия производится под давлением.

Следует отметить, что и в том и в другом случае выплавляемым деталям можно придавать практически любую необходимую форму.

В любом случае, технология литья данного металла всегда оставалась практически оной и той же, за исключением некоторых особенностей.

Сегодня на крупных промышленных предприятиях практикуется литье под большим давлением, при котором практически полностью отсутствует усадка.

Технологически процесс литья алюминиевых заготовок на промышленных предприятиях с использованием машин и специального оборудования выглядит достаточно сложно.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Технология штамповки деталей из листового металла

Необходимое рабочее давление создается за счет работы поршня, который в свою очередь приводится в движение сжатым воздухом.

В этом случае используются эмульсионный состав, а также масло, которые способствуют ускорению его движения.

Алюминий, разогретый до температуры плавления, с большой скоростью поступает в специальную пресс- форму под большим давлением и полностью ее заполняет.

При этом усадка залитого металла практически полностью исключена.

Литье алюминиевых деталей под большим давлением имеет огромное количество достоинств, среди которых особенно выделяется высокая производительность данного процесса.

Видео:

Кроме этого можно отметить и высочайшую точность получаемых таким образом изделий, а также практически полное отсутствие какого-либо брака.

Данная технология успешно применяется при необходимости изготовить детали, используемые в приборостроении, а также авиастроении.

Использование пресс-форм в этом случае позволяет использовать расплавленную смесь практически любой температуры.

Технология

Технология литья деталей из алюминия в домашних условиях довольно проста, но требует тщательного выполнения требований и большого внимания к деталям. Наиболее простая технология заключается в заливке расплавленного алюминия в подготовленные формы. При этом необходимо иметь минимальный набор необходимого оборудования.

Главной задачей является расплавление воска или парафина внутри формы с заменой пустот алюминием, после чего остывшую деталь можно легко достать. Первое, что нужно сделать – это подготовить опалубку, в качестве которой можно взять любую картонную коробку, например, из-под обуви, или изготовить ее из фанеры. В нее заливается парафин или воск.

Парафиновая форма для литья

При работе с парафином следует учитывать некоторые особенности:

1. Залитый в форму парафин очень быстро остывает, поэтому не следует ускорять этот процесс. Деталь должна остыть самостоятельно, это позволит сохранить однородную структуру. Для полного остывания нужно подождать около суток, после чего можно перейти к его обработке.
2. Парафин может сильно просесть в центре заготовки, поэтому нужно учитывать этот факт при оценке необходимых габаритов заготовки.

Вырезать правильную форму из заготовки – очень трудная задача. Поэтому человек, не имеющий должного опыта, не сможет справиться с ней.

Форму для заливки алюминия следует изготовить из оргстекла, который прочно скрепляется с помощью герметика. После этого на дне подготовленного «аквариума» располагается заготовка, которую нужно закрепить, чтобы она не сместилась в процессе заливки гипсом. Сделать это можно с помощью пластилина.

Затем следует подготовить гипсовую смесь, которая приготавливается с добавлением мелкозернистого песка (в соотношении один к одному)

Это очень важно, так как чистый гипс содержит много влаги, которая испаряется при отливке детали и влияет на качество готового изделия

Стоит помнить, что гипс очень быстро застывает, поэтому выполнять работы нужно в быстром темпе. Полностью залив форму, ее стоит встряхнуть, чтобы избавиться от пузырьков воздуха.

После застывания гипса форму из оргстекла необходимо снять. Затем следует удаление парафина. Это можно сделать, положив форму вверх ногами на горячий лист железа, разогреваемого на огне. Также можно прокипятить форму в воде, что позволит более тщательно избавиться от парафина. После этого гипсовую форму нужно высушить.

Существует несколько способов расплавления алюминия, но технология литья в домашних условиях предусматривает самостоятельное изготовления тигельной печи или использование муфельной. Тигельная печь изготавливается только из огнеупорного кирпича.

Плавка алюминия в домашних условиях

После расплавления металла можно начинать процесс литья алюминия. С помощью ложки из нержавеющей стали следует снять окисную пленку. Плавление металла можно попробовать произвести с помощью газовой горелки, которой будет достаточно при небольшом объеме.

Технология может видоизменятся в зависимости от требований к готовому изделию и имеющихся инструментов. Методом проб и ошибок можно добиться оптимальной технологии.

Как изготовить форму для литья

После подготовки сломанной или изношенной детали к копированию приступаем к следующему этапу работы. Необходимо приготовить литейную форму. В нашем случае материалом для ее получения является специальный силикон. Он поставляется специализированными магазинами вместе со специальным веществом – катализатором, способствующим быстрому схватыванию массы. Кроме этого такой силикон отличает высокая вязкость, что препятствует образованию пузырьков воздуха, способных значительно ухудшить качество работы.

Чтобы изготовить подходящую литейную форму в домашних условиях, сделайте простейшую составную емкость, удобную для заливки силикона. Для этого возьмите кусок ровного картона и установите на него любой пластиковый цилиндр. При отсутствии подходящего варианта можно изготовить его из корпуса любого флакона от лекарств, моющих средств и других жидкостей. Во избежание выхода силикона из формы через щели между картоном и пластиковым корпусом, тщательно промажьте места стыка пластилином.

Приготовив приспособление для заливки, приступаем к изготовлению силиконовой смеси. Для этого на каждые 50 граммов жидкости необходимо добавить по 1 миллилитру катализатора. Не забудьте предварительно хорошо взболтать содержимое флакона с силиконом. Катализатор удобно отмерять простым медицинским шприцем без иглы, а основное вещество взвешивать в любой емкости на электронных весах, имеющих нужную градуировку. Получению необходимой консистенции поможет тщательное перемешивание смеси.

На дно литейной формы аккуратно уложите копируемую деталь так, чтобы она не касалась стенок сосуда и располагалась как можно ровнее. Дополнительной обработки поверхности детали, как правило, не требуется. После этого залейте готовую силиконовую массу и оставьте до полного застывания, которое происходит в течение 10 часов.

По истечении необходимого временного интервала аккуратно удаляем застывший силикон из формы, а из него копируемую деталь. После этого получаем упругую гладкую форму, готовую для дальнейшей работы.

Литьё под давлением

ЛПД занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. Производство отливок из алюминиевых сплавов в различных странах составляет 30—50 % общего выпуска (по массе) продукции ЛПД. Следующую по количеству и разнообразию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением применяют реже, что объясняется их склонностью к образованию горячих трещин и более сложными технологическими условиями изготовления отливок. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм.

Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна. Этим способом изготовляют литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов. Выделяются следующие положительные стороны процесса ЛПД:

• Высокая производительность и автоматизация производства, наряду с низкой трудоёмкостью на изготовление одной отливки, делает процесс ЛПД наиболее оптимальным в условия массового и крупносерийного производств.
• Минимальные припуски на мехобработку или не требующие оной, минимальная шероховатость необрабатываемых поверхностей и точность размеров, позволяющая добиваться допусков до ±0,075 мм на сторону.
• Чёткость получаемого рельефа, позволяющая получать отливки с минимальной толщиной стенки до 0,6 мм, а также литые резьбовые профили.
• Чистота поверхности на необрабатываемых поверхностях, позволяет придать отливке товарный эстетический вид.

Также выделяют следующие негативное влияние особенностей ЛПД, приводящие к потере герметичности отливок и невозможности их дальнейшей термообработки:

• Воздушная пористость, причиной образования которой являются воздух и газы от выгорающей смазки, захваченные потоком металла при заполнении формы. Что вызвано неоптимальными режимами заполнения, а также низкой газопроницаемостью формы.
• Усадочные пороки, проявляющиеся из-за высокой теплопроводности форм наряду с затрудненными условиями питания в процессе затвердевания.
• Неметаллические и газовые включения, появляющиеся из-за нетщательной очистки сплава в раздаточной печи, а также выделяющиеся из твёрдого раствора.

Задавшись целью получения отливки заданной конфигурации, необходимо чётко определить её назначение: будут ли к ней предъявляться высокие требования по прочности, герметичности или же её использование ограничится декоративной областью. От правильного сочетания технологических режимов ЛПД, зависит качество изделий, а также затраты на их производство. Соблюдение условий технологичности литых деталей, подразумевает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоёмкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов. Всегда необходимо учитывать, что качество отливок, получаемых ЛПД, зависит от большого числа переменных технологических факторов, связь между которыми установить чрезвычайно сложно из-за быстроты заполнения формы.

Основные параметры, влияющие на процесс заполнения и формирования отливки, следующие:

• давление на металл во время заполнения и подпрессовки;
• скорость прессования;
• конструкция литниково-вентиляционной системы;
• температура заливаемого сплава и формы;
• режимы смазки и вакуумирования.

Сочетанием и варьированием этих основных параметров, добиваются снижения негативных влияний особенностей процесса ЛПД. Исторически выделяются следующие традиционные конструкторско-технологические решения по снижению брака:

• регулирование температуры заливаемого сплава и формы;
• повышение давление на металл во время заполнения и подпрессовки;
• рафинирование и очистка сплава;
• вакуумирование;
• конструирование литниково-вентиляционной системы;

Также, существует ряд нетрадиционных решений, направленных на устранение негативного влияние особенностей ЛПД:

• заполнение формы и камеры активными газами;
• использование двойного хода запирающего механизма;
• использование двойного поршня особой конструкции;
• установка заменяемой диафрагмы;
• проточка для отвода воздуха в камере прессования;

Простые формы

Какие есть способы литья алюминия? Проще всего вылить расплавленный металл в металлическую форму: старую кружку, сковородку, консервную банку. После остывания болванку извлекают. Проще это сделать, если обстучать еще не остывшую форму. Если на ней были рифленые бортики или обратные углы, каркас придется разрезать. Можно вылить слегка остывшую каплю металла просто на подготовленную несгораемую поверхность. Такие способы называют открытыми.

Если есть необходимость сделать особую отливку, сначала нужно приготовить для нее форму по размеру. Чтобы металл после остывания приобрел четкие очертания, делают закрытые формы из двух или более составных частей. Одна из них является основной, а другая обычно формирует свод или боковую поверхность. В ней делают отверстия. Часто сверху над ними добавляют еще одну часть формы – воронкообразные летники для удобства.

Оболочка отливки

В процессе ЛВМ ключевым является создание слоев оболочки формы. Процесс изготовления оболочки состоит в следующем. На поверхность блока моделей, чаще всего окунанием, наносят сплошную тонкую пленку суспензии, которую далее обсыпают песком. Суспензия, налипая на поверхность модели, точно воспроизводит ее форму, а песок обсыпки внедряется в суспензию, смачивается ею и фиксирует состав в виде тонкого облицовочного (первого или рабочего) слоя. Образуемая кварцевым песком нерабочая шероховатая поверхность оболочки способствует хорошему сцеплению последующих слоев суспензии с предыдущими.

Важными показателями, определяющими прочность формы, являются вязкость и жидкотекучесть суспензии. Вязкость можно регулировать введением определенного количества наполнителя (наполненностью). При этом с увеличением наполненности состава толщина прослоек связующего раствора между частицами порошка уменьшается, снижается усадка и вызываемые ею негативные эффекты, а также повышаются прочностные свойства оболочки формы.

Виды литья

Металлический сплав при литье всегда помещают в формы. Формы бывают разовые и многоразовые, которые, в свою очередь, могут быть нескольких видов. Существует три разновидности литья алюминия:

• в разовые формы;
• в выплавляемые модели;
• в комбинированные и полупостоянные формы из огнеупорного материала (в бетонные и железные формы).

Это самые известные виды литья, которые на практике могут между собой соединяться.

Литье алюминия в разовые формы – это литье отливок в песчаные формы. Самый распространенный и экономичный способ. Первым шагом для такой технологии является изготовление литейной модели из пластика, которая помещается в смесь из песка и связующего ингредиента, уплотненную под прессом. Выполняется заливка сплава в форму. После застывания отливка достается и проходит дополнительный этап обработки.

Современные технологии допускают использование вакуумных форм, которые засыпаются песком.

Кокиль используется для литья алюминия в железные формы. С помощью этой технологии можно получить самые качественные детали, изготовляемые в разборных металлических формах. Кокиль является многоразовым. Его можно использовать после очистки до тысячи раз, поэтому данный метод является еще и очень экономичным. Жидкий сплав здесь застывает без дополнительного внешнего вмешательства, полученные изделия отличаются повышенной плотностью, которая отвечает за уровень герметичности. Литье в кокиль – метод, на котором базируется до 45% изготавливаемых изделий.

Литье алюминия в формы по выплавляемым моделямпозволяет создавать отливки самой высокой точности, например, лопатки турбин. Готовится копия модели из воска или парафина и литниковая система. На модель в несколько слоев (до десяти) наносится смесь с добавлением огнеупорного материала. Каждый слой выдерживается до получаса в сушильных шкафах, которые заполнены аммиачным газом. Модель выжигают или достают в воде с помощью пара под высоким давлением. Потом происходит прокаливание, нагретый блок устанавливают в печь и оболочку наполняют расплавленным металлом. Завершающий этап – охлаждение, выбивание и отрезание отливки. Такой способ литья актуален для сплавов, которые плохо поддаются механической обработке. Используется как для выплавки единичных деталей, так и для серийного производства.

Литье по газифицируемым моделям необходимо для получения фасонных отливок. Такой метод является экономичным, эффективным для получения деталей высокого качества. Его все чаще используют в США и Китае. Изготавливается пенопластовая модель, которая помещается в форму из песка. Можно изготовить изделия до двух тонн и больше.

Литье отливок по центробежному методу применяется для изготовления деталей с формой тела вращения, например, гильз и втулок. Литье алюминия происходит в железную форму, которая вращается до трех тысяч оборотов в минуту. Центробежная сила равномерно распределяет состав по всей форме, процесс кристаллизации формирует отливку.

Метод оболочкового и цветного литья позволяет получить фасонные отливки путем литья алюминия в формы из гипса и песка. Готовится смесь из песка и синтетического порошка. Металлическую модель нагревают до 300 градусов, на нее насыпается приготовленная смесь для образования прочной оболочки. Полуформы помещают в металлический корпус, заливают в них расплав. Так создаются отливки весом до двадцати пяти килограмм. Достоинствами такой технологии можно считать контролирование режима охлаждения заготовок, возможность автоматизации процесса, высокий уровень производительности.

В цветном литье широко применяются гипсовые оболочковые формы (гипс с добавлением полимера, который быстро застывает). В металлические формы заливается жидкий цветной металл из меди, бронзы, алюминия, латуни.