Формовочная смесь для литья алюминия

Литье в землю

Литье в землю — это древнейшая технология отливки металлов. Она известна человечеству столько же, сколько и сами металлы — примерно с IV- III тысячелетия до н.э. Льют металл, разумеется, не в чернозем, а в специальную песчано-глиняную смесь.

В доисторические времена первые центры металлургии возникали в местах, где неподалеку находились россыпи самородных металлов и созданные природой грунты, идеально подходившие по своему составу для изготовления форм. Такие центры литья в землю возникли на Крите, в Баварских Альпах и на юге Уральских гор, рядом с известным Каслинским заводом. Уникальные формовочные грунты некоторых месторождений использовались для литейных форм вплоть до нашего времени.

Несмотря на то, что современная металлургическая наука постоянно разрабатывает новые технологии литья и новые материалы для форм и моделей, древнейшая технология литья в землю не уходит во тьму веков, а активно применяется как на небольших производствах и художественных промыслах, так и на больших заводах.

Технология литья в землю

Литье в землю применяется при выплавке большинства металлов — как черных, так и цветных. Исключение составляют металлы, химически активные в обычном либо в нагретом до температуры плавления виде. Для них применяются специальные методы литья в землю и специальные же составы для форм.

Технология литья в землю

Технология литья в землю разбивается на несколько этапов:

1. изготовление модели
2. подготовка опоки
3. формовка земли в опоке
4. отливка металла
5. извлечение и обработка получаемой заготовки

Форма используется для литья только один раз. Ее придется разрушить, чтобы извлечь отливку. Однако материал формовочной земли после переработки доступен для повторного использования.

Средневековая технология литья в землю подробно показана в фильме А. Тарковского «Андрей Рублев». Один из героев, Потомственный мастер-литейщик, руководит отливкой бронзового колокола.

Формовочные материалы

Представляют собой смесь особо отобранных песков и глины, доля которой меняется от 2 до 50%. Доля определяется видом литья в землю и назначением земли. Архитектурное и скульптурное литье проводят в формы, содержащие 12-25%, для больших по размерам и отливок долю увеличивают до 25%

Классификация формовочных смесей

Формовочные материалы по назначению делят на:

Располагаются на внутренней поверхности формы и контактируют с жидким расплавом. К ним предъявляются особые требования по термостойкости, возможности противостоять перепадам температур, значительным поверхностным и объемным напряжениям. Облицовочные составы имеют мелкодисперсную структуру для более точной передачи деталей рельефа литья. От них также требуется достаточная пластичность, чтобы покрыть модель и точно повторить ее конфигурацию. Также важна и газопроницаемость.

Изготовление формовочной смеси

Заполняют часть опоки между моделью и стенками. К ним предъявляются другие требования. Их главное назначение –

• держать форму отливки, перераспределяя механические напряжения при литье и последующем остывании
• обеспечить выход плавильных газов, просачивающихся сквозь массы смеси.

В случае выхода плавильных газов через литники, верхняя часть отливки будет испорчена. Там образуются пузырьки и более крупные каверны.

Земли для литья в сырую форму используют для отливок несложных по геометрии чугунных деталей. Земли для литья в подсушенную форму применяют при подготовке к высокоточному, а также к художественному литью.

Виды литейных моделей и их свойства

В самом простом случае в качестве модели для литья в землю используют оригинал изделия. Однако при этом благодаря литейной усадке невозможно соблюсти точные размеры отливок.

Обычно же делают модель (или макет) — масштабную копию будущего изделия, увеличенную на значение литейной усадки.

Модель для литья в землю

Материалы для моделей должны легко формоваться для придания нужной конфигурации и легко обрабатываться для передачи деталей рельефа. Традиционно их изготовляют из дерева, воска, гипса и металлов. Не так давно стали использовать также различные пластики. Печатают их и на 3D-принтерах.

Основные свойства моделей:

• Прочность — необходима при трамбовке земли, чтобы сохранить конфигурацию изделия и его размеры.
• Легкость вынимания из формы. Поверхность макета тщательно обрабатывают, покрывают особой смазкой. При сложной конфигурации используют разборную модель.
• Легкоплавкость и испаряемость (в случае выплавляемых/ выжигаемых моделей)

По сложности конструкции различают следующие виды моделей:

• Цельные
• Разъемные
• С отъемными частями
• Для пустотелых отливок

Цельные модели

Применяются для несложных изделий, без заметных выступов и впадин. Извлечение такого макета в ходе формовки не вызывает затруднений.

Используются для макетирования простых деталей, а также барельефов, постаментов и других простых художественных отливок.

Разъемные модели

Применяются для литья сложной геометрии, со значительным рельефом поверхности, обычно линия разъема проходит по плоскости симметрии детали. Модели для таких изделий делают из двух и более составляющих, которые формуются в разных опоках. Для литья в землю очень важно, чтобы части макета не сместились друг относительно друга. Для этого при изготовлении подмодели ее снабжают шипами и отвечающими им пазами. Пары пазы-шипы и фиксируют компоненты во время формовки.

Для литья в землю изделий с особо сложной пространственной конфигурацией применяют макеты с отъемными частями. Так, для вазы ручки не дадут извлечь модель из формы. Поэтому их изготовляют из дерева повышенной плотности из двух или более частей. Ручки извлекаются внутрь полости, в начале нижние их части, а за ними — и верхние. Чтобы получить полость в изделие, используют специальную часть формы, называемую стержнем. К материалу для стержней предъявляются особые требования — он каждой стороной прикасается к поверхности отливки, поэтому их делают из прочных сортов дерева. Стержень должен легко выходить из отливки.

Формовочные инструменты

По своему назначению подразделяются на два основных вида

• Набивочные
  • Подмодельные доски
  • Лопаты и совки для земли
  • Сита
  • Трамбовки: с тупым концом для уплотнения поверхности и с узким концом для мест со сложным рельефом. Применяют также и универсальные пневматические трамбовки со сменным наконечником.
  • Счищалка, или правило — для разравнивания смеси и удаления ее избытков
  • Душники-наколки. Тонкие острые стержни служат для прокалывания в земле тонких газоотводящих канальцев
  • Киянки — используют для сплочения подмоделей и при их выколачивании.
  • Трепало — доска, опирающаяся на края формы. Уплотняет землю в случае применения макетов из малопрочных материалов.
  • Щетки. Чистить поверхность от остатков земли

Отделочные

• Гладилки — для коррекции изъянов
• Режущие и колющие инструменты
• Кисти для нанесения покрытий
• Емкости — ведерки или мешки для хранения и нанесения порошковых покрытий.

Свойства формовочных смесей

Формовочную смесь характеризуют основные свойства:

• Прочность определяет способность формы сохранять свою конфигурацию
• Пластичность — важна для способности формы повторять подробности контура и деталей поверхности модели.
• Газопроницаемость. Крупнозернистые составы легче пропускают газы.
• Огнеупорность. Материал не должен плавиться или спекаться, ухудшая однородность поверхности отливки
• Податливость
• Гомогенность. Однородность смеси гарантирует постоянство ее свойств в пространстве.
• Теплопроводность. Качественный материал имеет низкую теплопроводность. Это не дает примыкающему к форме слою отливки слишком быстро остывать, ухудшая свои свойства
• Долговечность особенно важна для многоразовых форм. Для одноразовых форм долговечность означает число циклов повторного использования земли после измельчения и просеивания.

Свойства формовочных смесей

Для смесей разных назначений на первый план выходят разные свойства. Так, для облицовочных важны пластичность, огнеупорность и теплопроводность, а для наполнительных важнее прочность и газопроницаемость.

Виды формовки

Определяются разновидностью модели и выбранного метода литья.

По простой модели

Модель размещают на доске лицевой стороной вверх. Центруют ее относительно опоки. Покрывают облицовочной смесью, позже послойно добавляют наполнительную, тщательно уплотняя каждый слой. В опоку добавляют землю до заполнения. Сняв верхнюю опоку, вынимают макет и создают литниковую систему. Собирают опоки вместе, закрепляют и сушат.

По разъемной модели

Способ существенно упрощает технологию и повышает точность изготовления формы для литья. На доску помещают часть макета без шипов, устанавливают нижнюю опоку и формуют землю. По окончании конструкцию переворачивают, присоединяют к макету вторую часть, присоединяют верхнюю опоку и проводят ее набивку.

С фальшопокой

При особо сложной геометрии изделия применяю фальшопоку. Она не контактирует с расплавом, а играет роль фигурной подмодельной доски.

Применяется при художественном литье, особенно скульптурных композиций. Модель обставляют несколькими независимыми опоками, соприкасающимися своими краями. Иногда отливку делят на относительно простые по конфигурации сегменты, макетируют и льют их независимо, после чего соединяют готовые отливки.

Производится при литье в землю изделий определенной формы. Различают

• Тела вращения (цилиндрические, конические и эллиптические)
• Прямоугольные или призматические.

Формовка земли осуществляется шаблоном соответствующей конфигурации, приводимым в действие мощным шпинделем для тел вращения или двигающимся по специальным направляющим для призматических форм.

Технология изготовления сырых песчано-глинистых форм

Сущность метода состоит в изготовлении формы для литья из влажной земли.

Сырая песчано-глинистая форма

Сырые песчано-глинистые формы используют для заливки несложных по форме чугунных деталей с низкими требованиями к качеству поверхности. Они недороги, но в них высок риск окисления готового изделия, поэтому для литья из более ценных металлов этот метод не применяется. Содержание глины в таких смесях — от 5 до 12 %, воды- 2-4%, антрацит — менее 1%.

Технология ЖСС

Технология жидко-стекольной смеси применяется там, где вдвигаются повышенные требования к качеству поверхности отливки. В состав смеси добавляют жидкое стекло и получившимся составом заливают модель. В опоку вводят углекислый газ, Проходит реакция, и ЖСС приобретает твердость. Требуется получить две полуформы, которые по окончании их твердения и извлечения макета соединяют. Получается оболочка, вокруг которой формируется наполнительная смесь.

Качество поверхности отливки, соприкасающейся со слоем гладкого стекла, зачастую позволяет обойтись даже без последующей механической обработки. Остатки смеси сбиваются с отливки с помощью дробеструйной установки.

Холодно твердеющая смесь

Для укрепления формовочного материала используются химические вещества, связывающие частицы смеси. Этот метод обязан своим наименованием тому, что для схватывания реагентов не требуется нагрев и просушка формы. В смесь добавляются быстро схватывающиеся жидкие смолы, катализаторы и специальные затвердители.

Литье в ХТС

Литье в выполненные из ХТС формы отличается повышенной относительно других видов земли точностью и наиболее высоким качеством поверхности. Размеры форм ХТС заметно меньше, чем для литья в землю. Материалы для таких смесей стоят существенно больше.

ХТС применяется в случае изготовления особо ответственных изделий, использования высококачественно стали, цветных металлов и специальных чугунов.

Формовка ХТС

Работа с ХТС, в отличие от земли, требует быстроты — ведь время затвердевания смол с учетом используемых катализаторов и отвердителей составляет от 10 минут до получаса при 20 °С.

Трамбовка при этом методе не требуется, важно лишь точно расположить модель в опоке и быстро залить тщательно перемешанный и подготовленный состав. Материалы для оснастки обычно применяют такие, как дерево, металл или МДФ.

Процесс литья алюминия в домашних условиях

Процедуру литья алюминия можно провести в домашних условиях. Существует множество разных методик, обладающих своими плюсами и минусами, поэтому иногда сделать выбор может быть непросто, именно в этой статье будет разобран вопрос: «Как совершить литье алюминия в домашних условиях?».

Интересный факт, что алюминий является самым популярным металлом в мире. Он широко используется для промышленных производств различных сфер жизни. Не обошел он стороной и различные домашние производства. Чем же обусловлен такой большой спрос? Небольшой вес и отличные характеристики, легко подается ковкости, является пластичным металлом. Но несмотря на обширный спектр методик обработки, этот вопрос иногда создает трудности. Например, изготовление формы иногда оказывается непосильной задачей.

Для начала следует вспомнить некоторые свойства алюминия. Он плавится при температуре 660 градусов, а его температура кипения – 2500 градусов. Главная особенность, на которую стоит обратить внимание – чрезвычайно быстрое окисление в случае контакта с воздухом. Зная свойства алюминия можно заниматься его литьем даже дома, многие люди самостоятельно создают различные устройства, помогающие в этом деле. Но большее количество проблем возникает именно на моменте изготовления формы для заливки.

Как отлить алюминий дома?

Технология домашнего получения алюминия практически идентична промышленным способам. Поэтому при отливе требуют использовать заводские методы с небольшими поправками на масштабы производства и домашние условиях. Наиболее распространенная технология лить алюминия дома – использование форм.

Учитывая все вышесказанное, требуется подобрать необходимое оборудование (печь для лома алюминия) и соорудить форму для литья (как сделать будет рассмотрено позже).

Сам процесс будет состоять из нескольких этапов:

• Очищение лома от грязи, примесей и различных наполнителей, которые могут повлиять на конечную чистоту сплава. На этом же этапе требуется измельчить алюминий до малого размера.
• Проводится процесс плавления при помощи заранее подобранного способа. Полное расплавление металла позволяет убрать из массы металла все ненужные добавки. А также на этом шаге подбирается формовочная смесь.
• Последним шагом станет добавление алюминия в подготовленную форму для плавления. Далее, следует дождаться затвердевания массы и после этого можно освобождать сплав от формы.

На этом процесс литья будет завершен. На протяжении всей процедуры следует соблюдать правила безопасности при работе с раскаленным металлом.

Подготовка материалов для литья

На первом этапе требуется подготовить алюминиевый лом. Важно понимать, что алюминий бывает разных видов, например, если взять проволоку, то может попасться та, что очень легко гнется, а можно выбрать практически не поддающуюся физическому воздействию.

Если вы собрались заниматься литьем алюминия, то выбор следует остановить на той, что более мягкая, именно такой материал содержит малое количество оксидов.

Второй этап заключается в подборе гипса. Именно из него изготавливается форма, если работы идут на дому. Наиболее выгодная марка – гипсовая. Однако стоимость такого продукта довольно высока и найти его бывает непросто, поэтому допускается использование белого гипса.

Его покупка возможна в любом магазине строительных материалов. Но остерегайтесь такого материала, как алебастр. Он крайне похож на гипс и именно его может посоветовать продавец в качестве замены, однако, для наших целей его применение невозможно.

На третьем этапе нужно подобрать воск, именно он является лучшим вариантом для литья деталей малого размера. Чистый воск стоит довольно дорого и его покупка возможна лишь в больших объемах, что не имеет никакого смысла, поэтому лучше всего приобретать обычные свечи, неважно какого вида. Именно при помощи их и будет происходить изготовления пресс форм.

Последнее, что нам понадобится это емкость для растапливания алюминия, сделанная из чего-то прочного, ведь ей предстоит выдержать нагревание до высоких температур. А также нельзя обойтись без главного – источника температуры.

Для этого можно использовать что угодно, хоть газовый горн, хоть самодельную печь, это неважно. Все, что нам требуется – достичь нужной температуры.

Изготовление форм для литья

В домашнем производстве невыгодно использовать промышленные пресс-формы для литья алюминия. Процесс получится сложным и дорогим, да и сами приборы занимают очень много места.

Для того чтобы алюминий принял нужную форму, можно прибегнуть к использованию земли или изготовлению формы самостоятельно. Под первым вариантом предполагается, что пользователь должен вырыть яму определенно формы, в которую и будет производиться заливка алюминия.

Но мы пойдем другим путем и изготовим формы своими руками. Для этого можно использовать пенопласт, из которого просто вырезается нужная форма. Литье алюминия в пенопласт является безопасным и эффективным.

А также можно использовать гипс или цемент, но использование второго способа нецелесообразно, так как форма будет иметь только прямоугольный вид. При помощи гипса можно создать любую конфигурацию.

Самодельные печи

К печам, в которых будет расплавлен алюминий, не предъявляется практически никаких требований, нужно достичь температуры 600 градусов и все. Необходимость печи возникает из-за того, что открытый огонь не обеспечивает такой температуры, именно поэтому приходится создавать закрытое пространство, разогретое до такой температуры.

Можно изготовить печь из старых кастрюль. Делается это довольно просто: нужно взять кастрюлю с проделанным сбоку отверстием для воздуха, подавать воздух (например, при помощи шланга от пылесоса), в устройство закладывается уголь и поджигается, начинается подача воздуха для удерживания пламени, емкость обкладывается углем со всех сторон и для выхода дыма немного открывается крышка.

Независимо от формовки изделия, температура во всей печи будет находиться на одинаковом уровне.

Отличным вариантом будет использование газовой горелки.

Следует знать, что такой способ возможно использовать при отливке небольших штучных изделий. Печь можно соорудить при помощи двух консервных банок, вставленных друг в друга. При таком использовании нагревается только нижняя емкость, а наружная выступает в качестве оболочки, удерживающей тепло. Конструкция может быть прикрыта крышкой для отвода продуктов горения.

Ошибки при литье

Литье алюминия в гипсовые формы часто сопровождается тремя основными ошибками, возникающие при неправильном проведении работ.

• Перед изготовлением гипсовых форм нужно убедиться в том, что вся влага испарилась, в противном случае она исчезнет под давлением и превратится в пар, который останется на алюминии в виде пор.
• В случае малого нагрева формы, алюминий не сможет полностью ее заполнить и некоторые участки могут остаться пустыми.
• Распространенный способ закалки – опускание раскаленного металла в воду. В случае с алюминием этого делать нельзя, произойдет нарушение внутренней структуры металла.

Зная эти ошибки, вы сможете не повторять их и избежать неприятных казусов во время процедуры литья и изготовления пресс формы для литья алюминия.

Литье алюминия

В производственных цехах литье алюминия выполняется с помощью автоматических установок.

Машины разных моделей в большом ассортименте представлены в компании «ИМСТЕК».

Все оборудование от лучших Китайских и Тайваньских производителей. Отличается высокой степенью автоматизации и безупречным качеством.

Рис.1. Машина для литья алюминия DC-250V4N

Характеристики алюминия

Алюминий — пластичный легкий металл серебристого цвета. Отлично гнется, хорошо поддается штамповке, литью, металлообработке.

На воздухе быстро окисляется, образуя тонкую оксидную пленку, защищающую от коррозии.

Характерные свойства:
• малая плотность;
• высокая электропроводность;
• невысокая температура плавления, около 660°С, с точкой кипения 2500°С.

В расплавленном состоянии металл хорошо растекается, заполняя пресс-формы для литья алюминия.

Высокая пластичность позволяет раскатывать его в тончайшую фольгу, используемую для создания упаковок.

Отличные технические и эксплуатационные качества позволяют использовать алюминий в транспортном машиностроении, строительстве, электротехнике, производстве потребительских товаров разного назначения.

Технологии домашнего литья алюминия, материалы и оборудование

Благодаря относительно невысокой температуре плавления, литые детали из алюминия можно изготовить кустарным способом.

Изготовление изделий выполняется в следующем порядке:
1. Расплавленный воск или парафин заливается в емкость, имеющую параметры будущей детали и оставляется до полного затвердевания.
2. Из отлитой заготовки вырезается макет будущей детали, помещается в подготовленную опалубку и закрепляется.
3. Смесь из гипса или цемента, песка мелкой фракции и воды перемешивается до сметанообразного состояния и выливается в опалубку. При этом заготовка должна полностью накрываться раствором.
4. Форму с раствором необходимо слегка потрясти, для удаления пузырьков воздуха.
5. После набора прочности из гипсовой формы вытапливается парафин, гипс полностью высушивается.
6. Сырье плавится в специальных печах или при помощи горелок.
7. Сверху расплава снимается слой окисла, раскаленный металл заливается в готовые формы.

Для работы понадобятся:
• алюминиевый лом;
• гипсовый или цементный раствор;
• воск, пенопласт или парафин;
• емкость из чугуна или нержавеющей стали;
• печь для разогрева металла бензиновая или газовая горелка;

Чтобы подготовить необходимое для заливки количество сырья, нужно определить вес и массу будущего изделия с помощью металлического калькулятора.

Самодельные печи и способы расплавления алюминия

На производственных предприятиях и литейных цехах металл плавится в тигельных индукционных печах.

Плавка кустарным способом возможна в самодельных печах или устройствах, работающих от бензиновых или газовых горелок.

В муфельной печи имеется специальная камера, изолирующая расплавляемую заготовку от контакта с углем или продуктами горения.

Нагревательная камера может быть изготовлена из шамотного огнестойкого кирпича, глины или теплоизоляционных панелей ШПГТ-450. Для уменьшения тепловых потерь муфельную печь снаружи можно изолировать минеральной базальтовой ватой.

Нагрев в такой печи происходит от угля, газа или электричества.

Электрические печи самые популярные и эффективные. В них быстро достигается необходимая температура. Они не занимают много места и отличаются чистотой производства.

Рис.2 Самодельная электрическая муфельная печь

Принцип действия угольной печи:
1. В камеру, выложенную из шамотного кирпича, устанавливается емкость для плавки сырья.
2. Вокруг укладывается и поджигается уголь.
3. Снизу подается воздух, поддерживающий горение.
4. Дым от горения угля удаляется в оставленное в крышке отверстие или трубу.

Рис.3. Схема печи кустарного изготовления: 1. Крышка с проемом для выхода топочных газов; 2. Стенки печи из шамотного кирпича, глины или плит; 3. Тигель для алюминия; 4. Чугунная решетка; 5. Дверка для удаления золы; 6. Камера зольная; 7. Подача воздуха; 8. Угольная камера.

Небольшие заготовки, весом до 150 граммов, можно плавить при помощи газовых или бензиновых горелок, приспособив для этого разные по размеру жестяные банки.

Рис.4. Устройство для плавки с газовой горелкой

Способы создания форм для литья алюминия

Для производства изделий методом плавки нужны соответствующие пресс-формы для литья алюминия.

Они могут изготавливаться из гипса, цемента, смеси песка и жидкого стекла.

1. Открытый способ литья

Простые изделия изготавливают в открытых формах. Для этого используются приспособленные емкости в виде жестяных банок, коробок, сковородок, самодельные формы из гипса.

2. Закрытая форма

Сложные детали и узлы создаются в закрытых разъемных пресс-формах для литья алюминия. Они обычно состоят из основной детали и двух или нескольких боковых, или верхних частей. В верхней части формы делаются воронкообразные проемы для подачи металла.

Материалы для литых форм

Мастера, занимающиеся литьем алюминия, чаще всего используют гипсовый или цементный раствор для изготовления форм.

Макет детали изготавливается из воска, пенопласта или парафина.

Восковый шаблон устанавливается в коробку или ящик, выступающий в роли опалубки, фиксируется и заливается раствором из гипса.

Для изготовления формы лучше подойдет белый гипс, марки Г-7.

В процессе схватывания и сушки формы парафин или воск расплавляется и выливается. В образовавшиеся полости заливается горячий алюминий.

Если в качестве макета используется пенопласт, раскаленный алюминий заливается по пенопласту, расплавляя и вытесняя его из формы.

Типичные ошибки и советы по правильному литью

Литье из алюминия — непростой процесс, требующий выполнения сложных операций. Если вы решили, что отливка изделий вам под силу — смело беритесь за дело.

Важно трезво оценить свои возможности, запастись необходимыми материалами и прислушаться к советам профессионалов:
1. Важно разогревать расплав до нужной температуры, чтобы обеспечить хорошее растекания по форме и предотвратить образование пустот. Слишком высокая температура расплава также может повлиять на прочность готовых изделий.
2. В качестве сырья лучше использовать мягкие виды алюминиевых изделий. В твердых образцах может содержаться большой процент оксидов.
3. При заливке металла в формы из гипса, необходимо дождаться полного их высыхания. В противном случае, испаряемая влага может создавать на готовых деталях из алюминия полости и поры.
4. Не допускается закалка раскаленных отливок в холодной воде, так как при резком остывании может возникнуть внутреннее напряжение и усадка металла.
5. При устройстве печи с электрическими нагревательными элементами, необходимо предусмотреть заземление конструкции.

При выполнении последовательности и технологии работ, литье — доступный процесс создания изделий из алюминия в кустарных условиях.

Как плавить алюминий в домашних условиях в разные формы

Алюминий – металл, который широко используется в промышленности и быту.

Из него производят не только детали самолетов и кораблей, но и посуду, и другие предметы утвари. Поэтому нередко возникает потребность в самостоятельном изготовлении алюминиевых деталей, вышедших из строя.

Производить из него литые изделия в кустарных условиях позволяет свойство алюминия плавиться при относительно невысоких температурах. Для того чтобы самостоятельно изготавливать литые изделия из алюминия, нужно знать поведение этого металла при высоких температурах и его физико-химические свойства.

Характеристики алюминия

Температура плавления алюминия зависит от степени чистоты металла и составляет приблизительно 660 °C. Его точка кипения – 2500 °C.

Алюминий отличается своей легкостью и пластичностью, поэтому хорошо гнется и поддается обработке штамповкой.

Этот металл является отличным проводником тепла и активно вступает в химическую реакцию при высоких температурах с кислородом воздуха, образуя на поверхности окисную пленку. Она защищает алюминий от дальнейшего окисления, однако при расплавлении лома существенно отражается на составе сплава. В процессе плавки металла структура алюминия меняется.

При его резком охлаждении могут возникнуть внутренние напряжения и усадка полученного сплава. Это надо учитывать при работе с алюминием в домашних условиях.

Технологии домашнего литья алюминия и необходимое оборудование

Принцип литья алюминия в домашних условиях должен исходить из технологии его получения на производстве с поправкой на условия, которые можно использовать дома.

Алюминиевые изделия путем литья получают несколькими способами. В бытовых условиях наиболее распространенным и удобным способом является технология литья алюминиевого расплава в специально изготовленные формы.

Поэтому для проведения процесса необходимо обеспечить две вещи:

• соорудить печь для расплавления алюминиевого лома;
• создать нужную форму для получения литого сплава или отдельной детали.

Процесс литья должен включать несколько этапов:

1. Подготовка алюминиевого лома, включающая очистку от грязи, примесей и разных наполнителей, а также его измельчение до небольшого размера.
2. Проведение процесса плавки запланированным способом. При полном расплавлении металла с его поверхности нужно удалить шлаковые образования.
3. Заполнение приготовленной формы жидким алюминиевым расплавом. После отвердевания слиток освобождается от формовочной массы.

Рассмотрим, как плавить алюминий в домашних условиях, какие конструкции печей для расплавления металла можно использовать, а также варианты самостоятельного изготовления формы.

Самодельные печи и способы расплавления алюминия

Для того чтобы расплавить алюминий, нужно разогреть его до температуры, близкой к 660 °C. На открытом пламени костра такой температуры невозможно достичь. Поэтому необходимо закрытое пространство, которое может обеспечить самодельная печь. Нагревать ее можно с помощью сжигания угля и дров или использования природного газа.

Можно также использовать электрическую муфельную печь, если она есть в хозяйстве.

При самостоятельно изготовленной печи нужно обеспечить принудительную вентиляцию для поддержания процесса горения.

1. Самый простой вариант самодельного очага можно изготовить из старых кастрюль.

Его конструкция выполняется следующим образом:

• В качестве каркаса используют стальную емкость, например, старую кастрюлю, сбоку которой нужно проделать отверстие для подачи воздуха через подведенный металлический патрубок.
• Воздух через шланг принудительно может подаваться с помощью пылесоса.
• Внутрь устройства проводится закладка каменного угля.
• Затем уголь поджигают и подают воздух, чтобы огонь не погас.
• Емкость для расплавления алюминия предварительно ставят внутри импровизированной печной конструкции и обкладывают ее с боков углем. При его сгорании обеспечивается равномерное распределение тепла.
• Чтобы тепло не расходовалось на окружающий воздух, сверху «кастрюльную» печь следует неплотно накрыть крышкой, оставив небольшую щель для выхода дыма.

Идеальной конструкцией может служить топливник, имеющий овальный свод, выполненный из кладочной смеси, применяемой для жаропрочного кирпича. В качестве каркаса для создания овального свода можно использовать цветочный горшок нужного размера.

После высыхания смеси получается добротный топливник, который может выдержать несколько плавок.

2. Второй вариант печи подразумевает использование для нагрева алюминия пламени бытовой газовой горелки.

Его можно применять только для штучных изделий из алюминия весом не более 150 грамм. Имитация печи создается с помощью использования двух емкостей, вставленных друг в друга с небольшим зазором. Это могут быть обыкновенные жестяные банки из-под консервов.

Внешняя банка должна иметь больший размер. В ней проделывается отверстие, диаметром около 4 см, чтобы обеспечить подвод пламени к внутренней банке.

Струя пламени должна поступать направленно в отверстие банки. Греется непосредственно только внутренняя емкость, а наружная служит оболочкой, удерживающей тепло. Сверху конструкцию нужно прикрыть имитированной крышкой, оставив зазор для отвода продуктов сгорания.

Такая конструкция является одноразовой и можно использовать только для одной плавки, т. к. жесть тонкая и может быстро прогореть.

Способы создания формы для литья алюминия

Одной из основных задач домашнего плавления алюминия является подготовка формы, в которую сливается расплавленный металл. Существуют разные варианты заливки алюминиевого расплава. Основными являются открытый и закрытый способ литья.

Открытый способ литья

Самый простой – это слив жидкого металла в подручную форму, например металлическую кружку или банку из-под консервов.

После застывания сплава болванку из емкости достают. Чтобы облегчить этот процесс, производят простукивание по неостывшей до конца форме.

Если не требуется придавать литью четкой формы, можно просто слить жидкий расплав на приготовленную устойчивую к горению поверхность.

Закрытая форма

При необходимости получения сложной отливки сначала изготавливают для нее форму, соответствующую всем параметрам детали. Чтобы обеспечить четкое соответствие изделия заданным параметрам, ее изготавливают из составных формовочных частей.

Материалы для литых форм

При открытом способе заливки часто используется самый простой материал, который всегда под рукой, это – кремнезем. Сначала земля укладывается с послойной трамбовкой. Между слоями закладывают макет отливки, который после тщательной трамбовки оставляет отпечаток в кремнеземе. Эту форму осторожно вынимают и заливают вместо нее алюминий.

Некоторые мастера используют при приготовлении основы формы речной песок с добавлением жидкого стекла. Также иногда применяется смесь цемента с тормозной жидкостью.

Гипсовые формы

При изготовлении макета сложной формы часто используют гипс, который в основном может служить для разового процесса литья. При литье алюминия в гипсовую форму в качестве макетов используют парафин или пенопласт.

Восковой макет изделия заливается гипсом и после его сушки при высокой температуре расплавляется и сливается через специальное отверстие.

В случае изготовления макета из пенопласта его заливают гипсовой смесью и оставляют в ней до полного отвердевания формы. Горячий алюминиевый расплав заливают прямо на пенопласт. Благодаря высокой температуре металла происходит расплавление и испарение пенопласта, а его место занимает алюминиевый расплав, принимая заданную пенопластом форму.

При использовании пенопласта в качестве макета работы необходимо проводить в открытом пространстве или обеспечить хорошее проветривание помещения, т. к. продукты горения пенопласта вредны для человека.

Типичные ошибки и советы для правильного проведения литья

1. При работе с гипсом следует избегать типичных ошибок. Несмотря на то, что гипсовые формы являются удобным способом отливки нужных конфигураций деталей, этот материал очень чувствителен к влаге. При обычной сушке на воздухе она остается в составе гипса. Это вредит качеству алюминиевой отливки, т. к. может спровоцировать образование мелких раковин и пузырьков. Поэтому сушить гипсовые формы нужно несколько суток.
2. Металл перед заливкой должен быть достаточно горячим, чтобы успеть заполнить всю форму, прежде чем начать отвердевать. Поэтому после достижения температуры расплавления с учетом быстрого остывания алюминия не надо затягивать с его разливкой в форму.
3. Не рекомендуется окунать полученную отливку в холодную воду для ускорения процесса отвердевания. Это может нарушить внутреннюю структуру металла и приведет к трещинам.

Смеси для художественного литья

Художественные отливки по степени сложности, массе и материалу, из которого они изготовлены, весьма разнообразны. Так, в производстве одного лишь Каслинского завода на Урале можно встретить отливки массой от нескольких граммов до нескольких тонн, по размерам от сантиметра до нескольких метров, по толщине стенки от миллиметра до десятков миллиметров. Естественно, что требования, предъявляемые к литейным формам таких разнообразных отливок, также не одинаковы. Например, прочность стенки формы статуи массой 5 т не может быть равна прочности стенки формы ажурной коробочки или браслета для часов. Следовательно, формовочные смеси для литейных форм выбираются для каждой отливки.

Облицовочная смесь соприкасается с моделью и с отливкой. Облицовочная смесь, воспроизводящая отпечаток поверхности модели, первая принимает на себя температурные воздействия заливаемого в форму металла и должна обладать хорошей прочностью, пластичностью, огнеупорностью и газопроницаемостью. Поэтому она содержит, как правило, больше свежих формовочных материалов и, как наиболее дорогая, используется в форме в небольших количествах (слоем 20–30 мм на поверхности модели).

Наполнительная смесь состоит в основном из оборотной смеси с небольшим количеством свежих материалов.

Формовочные смеси при машинной формовке архитектурного литья вследствие особенностей технологического процесса формовки используются одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси и называются едиными смесями.

Естественные, или природные, смеси представляют собой глинистые пески марок П0063 и Ж005 с содержанием глины от 12 до 30 %. Природные формовочные смеси широко применяются в производстве тонкостенных ажурных и кабинетных чугунных и цветных отливок для форм, заливаемых в сыром виде и после сушки. Эти смеси обладают хорошей пластичностью, сырой и сухой прочностью.

Искусственные, или синтетические, смеси наиболее распространенные в производстве художественных и архитектурных отливок. Они представляют собой смесь песка и глины или нескольких песков с большим или меньшим содержанием глины и отработанной смеси. Пески и оборотную смесь смешивают в таких пропорциях, чтобы в результате образовалась формовочная смесь, обладающая необходимыми свойствами.

Формовочные смеси для форм чугунных отливок. Состав формовочных смесей (табл. 72) зависит от сложности конфигурации и поверхности отливок, толщины их стенок и состояния литейной формы перед заливкой.

Состав и свойства формовочных смесей для форм чугунных художественных и архитектурных отливок

Смеси для форм ажурных отливок, имеющих сложную поверхность, тонкую стенку и большое число просветов, образующих ажур, должны обеспечивать получение в форме четкого отпечатка сложной поверхности модели и прочность мельчайших болванчиков, даю­щих просветы в отливке. Кроме того, чугун при заливке в форму по срав­нению с цветными сплавами имеет более высокую температуру. Поэтому формовочные смеси для форм, заливаемых чугуном, должны обладать доста­точной огнеупорностью.

Повышение температуры заливки чугуна приводит к более интенсивному газовыделению при прогреве формы – формовочные смеси должны иметь хорошую газопроницаемость. Таким образом, формовочные смеси для форм, заливаемых чугуном, при достаточной прочности должны быть газо­проницаемыми и огнеупорными.

Формовочные смеси для форм отливок из цветных сплавов. Латунь, бронза и алюминиевые сплавы, применяемые в производстве художественного литья, по сравнению с чугу­ном имеют более низкую температуру заливки и большую жидкотекучесть. Поэтому при изготовлении литейных форм представляется возможным применять мелкозернистые формовочные смеси, дающие чистую и гладкую поверхность отливки.

Формовочные смеси для форм, заливаемых по-сырому, применяют при изготовлении литейных форм для тонко­стенных и ажурных отливок (барельефы, ажурные тарелки, вазы, детали статуэток и т.д.).

Для получения в форме хорошего отпечатка, сложной поверх­ности модели и прочности небольших болванчиков, образующих просветы в отливке, формовочные смеси таких форм должны иметь хорошую газопро­ницаемость, пластичность и быть достаточно прочными. Поэтому при приготовлении смесей применяют мелкозернистые пески с повышенным содержанием глины (природные глинистые и обогащенные с добавками глины в качестве самостоятельного компонента смеси).

Смеси для форм, заливаемых по-сырому, используют и при изготовлении форм для архитектурных отливок. В этом случае большая масса отливки и размеры форм требуют применения в формовочных смесях более крупных песков и повышающих огнеупорность смеси добавок.

Формовочная смесь для форм, заливаемых после сушки. Литейные формы статуй и бюстов значительно сложнее обычных отливок. Для их изготовления применяют, как правило, сложную кусковую формовку. При этом формовщик, разбирая форму для удаления модели, имеет дело не с полуформами, скрепленными стенками опоки, а с частями формы в виде спрессованных кусков формовочной смеси. Естественно, что такие формы должны быть изготовлены из более проч­ных формовочных смесей.

Смеси для кусковой формовки должны выдерживать давление не менее 0,09 МПа на поверхности формы. Газопроницаемость таких смесей в сыром виде вследствие содержания в них большого количества глины низкая (20–25 усл.ед.). Поэтому литейные формы, изготовленные из этих смесей, нельзя заливать в сыром виде, так как повышенное количество пара и газа не будет свободно выходить из формы через ее стенки. Газопроницаемость форм, изготовляемых из жирных формовочных смесей, улучшают путем их сушки. В процессе сушки в результате испарения влаги и выгорания добавок увеличивается пористость формы. Газопроницаемость смеси в форме после сушки повышается до 60–70 усл.ед.

В качестве наполнителя смеси используют одну отработанную смесь. Освежают ее с учетом наличия в ней значительного количества неперегоревших кусков форм, набиваемых из жирной облицовочной смеси.

Специальные формовочные смеси. В производстве художественного литья часты случаи, когда сложность отливки требует применения особых способов изготовления литейной формы, использования специальных формовочных смесей.

Жидкая формовочная смесь применяется при формовке скульптурных отливок для нанесения облицовочного слоя на поверхность восковой модели и изготовления в форме стержня. На поверхность модели жидкую смесь наносят путем оплескивания модели. При изготовлении стержня смесь заливают в полость гипсовой формы. В состав жидкой смеси входят кварцевые пески, пылевидный кварц, цемент и вода. Суспензию на этилсиликатном связующем применяют для нанесения на поверхность выплавляемой модели слоя, который после ее выплавления образует неразъемную керамическую форму – оболочку для отливки.

Связующим суспензии является гидролизованный раствор этилсиликата, наполнителем – пылевидный кварц (маршаллит) марки КП1, КП2, прокаленный при температуре 850–900 °С, с удельной поверхностью не менее 5 м 2 /г.

Песчано-смоляные смеси применяют в производстве отливок, получаемых в оболочковых формах. В состав смеси в качестве наполнителя входит кварцевый песок с зернами размером менее 0,2 мм. В качестве связующего используют термореактивную смолу. В целях экономии дорогостоящих смол оболочки полуформ изготовляют двухслойными. В этих случаях песчано-смоляные смеси делят на облицовочные и наполнительные. Облицовочные приготовляют с большим содержанием смол, наполнительные – с меньшим.

Стержневые смеси в процессе заливки формы находятся в более тяжелых условиях, чем формовочные, поэтому они должны быть более прочными, газопроницаемыми, податливыми, огнеупорными, менее гигроскопичными, с хорошей выбиваемостью из отливки (табл. 73).

Основными материалами для приготовления стержневых смесей, как и для формовочных, является песок и глина. Однако большое количество гли­ны, необходимое для повышения прочности, ухудшает газопроницаемость, податливость, выбиваемость смеси, увеличивает ее пригар к стенкам отливки. Для улучшения качества стержневой смеси в ее состав вместо глины вводят крепители. К ним относятся различного рода масла, декстрин, жидкое стекло и другие специальные материалы.

Стержневые смеси для чугунных художественных и архитектурных отливок