Литье металла в песок

Обновлено: 03.05.2024

Сегодня поговорим о литье цветных металлов в песок. В одной из прошлых статей я рассказывал о кузнечном горне, температур которого хватит для плавки цветных металлов. Я плавил алюминий. В качестве примера представлю небольшую статуэтку на годовщину свадьбы дяди.

Форма

Для начала решите, что вы хотите отлить. Как я и говорил, лить буду статуэтку. Нужно сделать пенопластовую форму. Я использую простой белый пенопласт, но советую найти пеноплекс, и, то и другое продается в строительных магазинах.

Нихромовый резак

Нихромовая проволока.
Две палочки для суши.
Две канцелярские кнопки.
Картон.
Два провода.

Далее натягиваем нихром и приматываем провода. И втыкаем кнопки полностью. К проводам я прикрепил провод USB. Теперь USB вставляем в зарядное устройство от вашего телефона. Проволока раскаляется и реже пенопласт как масло!

Пара слов про тигель

Метал нужно в чем-то расплавлять. Это что-то называется тигель. Я его сделал из трубы. От стальной трубы диаметром 90 мм и стенками 2 мм я отпилил 40 мм. Такой высоты будет тигель. Ко дну был приварен стальной блин. Сбоку приварена ручка из стального уголка, но браться за эту ручку голыми руками, лучше не стоит. Сбоку сделан треугольный вырез и приварен носик из стального треугольника, согнутого по середине.

Отливка

Далее вставляем пенопластовые формы в песок так, чтобы из песка торчали верхушки литников. Около литников нужно сделать небольшие кратеры из мокрого песка. Но мне это вариант не очень понравился. Вместо мокрого песка я использовал большие гайки.
Теперь закидываем алюминиевые банки, или любой алюминий, который у вас есть, в тигель, растапливаем горн и плавим. Сверху будет скопляться различный шлак (краска на банках, пыль и т.д.). По возможности его нужно убирать.

Далее заливаем алюминий в литник, расплавленный метал должен появляться во втором литнике. Минут через пять заготовку можно вытащить из песка и остудить в холодной воде.

На фото старый тигель. Он сделан из трубы диаметром 60мм и высотой 120мм. Ко дну также приварен стальной блин и небольшая петличка, чтобы цеплять тигель проволокой. Сверху приварены еще две петлички и протянута стальная проволока. Получилось как у ведра.
Если все пролилось так, как надо приступаем к слесарной обработке. Цветные металлы довольно мягкие. Отпиливаем литники ножовкой и обрабатываем напильником, уже через минуту результат примерно такой:

На качество я не претендую, моя цель рассказать вам про различные техники.
Но если нужно точное литье, то лучше использовать силиконовые формы и гипс. Я пытался отлить амулет с головой кота, но пролилось плохо. Может это связано с недостаточной температурой, но в любом случае гипсовые формы куда качественнее. Пенопластовые формы используйте для простых моделей.

Специальное литье

По различным оценочным данным, литейные технологии применяют для производства большего количества деталей и заготовок. Существует не один вид литейных технологий, позволяющие получать заготовки разной формы, размеров, точности и выполняемых из различных материалов.

Схема специального точного литья Метод литья цинка в песчаные формы

Существуют простейшие технологии получения заготовок, например, литье в песок и довольно сложные, в частности, особо специальное точное (прецизионное).

Оно позволяет создавать детали, которые не требуют дальнейшей механической или любой другой обработки.

Виды специального литья

Литье металла в песок (землю) связано с определенными сложностями, в частности, подобное производство требует большого оборота формовочного материала. Кроме того, применение такого способа литья не всегда приводит к получению заготовок требуемого качества.
Развитие металлургической науки привело к тому, что появились новые, специальные способы литья металлов.

К специальным способам относят — разлив металла в формы, выполненные из металла, литье в формы, выполненные в виде оболочек, литье под воздействием центробежной силы и некоторые другие.

Главное достоинство названных специальных методов литья то, что металлурги стали получать качественные детали, снизили количество некондиционной продукции, подняли производительность на производстве. Разумеется, вводимые в эксплуатацию специальные методы литья оказывают положительное влияние на улучшении условий труда рабочих и инженеров.

Рассмотрим некоторые из этих специальных способов подробнее.

Кокильное литье

Разлив в формы, выполненные из металла. Суть этого специального метода состоит в том, что отливки получают, заливая расплав в металлические формы. Такие формы называют кокилями. Их изготавливают в двух исполнениях – разъемные и неразъемные. Первые состоят из нескольких частей, эти формы используют для производства сложных по форме отливок. Неразъемные формы используют для производства простых отливок и пр.
Для металлических форм применяют чугун марки СЧ или легированные стальные сплавы. На стойкость кокиля оказывают прямое влияние материалы, размеры отливки и, конечно, кокиля.

Процесс отлива в кокиль

Инженеры разработали и успешно используют на практике специальные методы продления времени эксплуатации кокиля и повышения качества отливок. Для этого на рабочую поверхность формы наносят специальные составы, образующие покрытие стойкое к температурному воздействию со стороны расплава. Эти материалы наносят или с помощью краскопульта или обыкновенной кистью. Для чугуна необходимо нанести облицовку несколько раз за смену. Краску наносят непосредственно перед заливкой облицовки.

Технологический процесс литья в кокиль

Для получения внутренних полостей применяют стержни, выполненные из стали марок У7 и ее аналогов. Кроме стержней, изготовленных из стали применяют и изделия, выполненные из специального песка.
Специальное литье этого типа можно выполнять только в подогретую оснастку. Рабочая температура кокиля должна находиться в пределах от 200 до 300 градусов Цельсия. Разогрев формы снизит эффект от теплового удара, да и при литье не произойдет выброса расплава, который может произойти при попадании в холодный кокиль.
Кокильное литье используют для изготовления отливок из цветных сплавов.

Серийное и массовое производство отливок выполняют на оборудовании, которые самостоятельно, без участия человека обслуживают литейные формы, монтируют и демонтируют стержни, достают отливки. Литье в с применением механизированного оборудования позволяет в несколько раз поднять производительность на производстве.
Между тем литье в кокиль обладает и рядом недостатков. В частности, для изготовления форм требуется большое количество времени, возникают технологические сложности при получении отливок с тонкими стенками и несколько других.

Литье по выплавляемым моделям

Такой метод специального литья подразумевает то, что отливки получают в одноразовых формах, которые получают выплавлением моделей, выполненных из легкоплавких материалов, на поверхность которых наносят огнеупорные покрытия.
Такой метод литья эффективен при производстве деталей небольших размеров сложной формы. Причем этот способ пригоден для работы с любыми металлами. С его помощью выполняют получение отливок сложной конфигурации с тонкими стенками.

Литье по выплавляемым моделям

Для производства моделей применяют парафин, воск и пр. Чаще всего применяют смесь парафина и стеарина. Для изготовления моделей используют запрессовку полученного состава в пресс-формы, выполненные из металла. Кроме этого, возможно, использование ручных шприцев.
При производстве такого типа изготовление отливок для одной детали не имеет смысла. Поэтому такие модели компонуют в блоки, имеющими один общий стояк. Для присоединения моделей применяют питатели (литниковые ходы). Использование таких конструкций поднимает эффективность труда, кроме того, применение единой литниковой системы приводит к экономии материала.
Огнеупорную оболочку формируют при окунании блока с моделями в ванну, заполненную обмазкой, выполненной с применением керамики. После окунания блоки обсыпают кварцевым песком и отправляют на просушку, которая длится от 4 до 5 часов. Модели выплавляют в ванне, с водой, разогретой до температуры 70 – 85 градусов. Такой подход подразумевает то, что этот состав будет возвращен в повторное производство практически в полном объеме.
Формы, покрытые составом, прокаливают при 900 — 950 градусах.
Металлический расплав заливают сразу после прокаливания. Часто применяют центробежный способ заливки. По мере охлаждения оболочка растрескивается, и ее удаляют при помощи вибрации.

Полученные отливки отправляют в механический цех для удаления литников и облоя.
Специальное литье по моделям применяют для производства деталей с повышенной точностью, при его использовании значительно повышается качество отливок. Но, весь процесс литья такого типа вполне обоснованно считают длительным и сложным. Это сказывается на себестоимости выполняемых работ.

Литье в оболочковые формы

Отливки можно получить с применением оболочек с толщиной стенки 8 – 15 мм. Для их изготовления применяют специальные составы, которые затвердевают под воздействием тепла от моделей и стержней.

Литье в оболочковые формы

В качества материала для формы используют кварцевый песок. Он играет роль наполнителя и смолы, в качестве связующего компонента. Эта смесь наносится на плиту с установленной на нее моделью. Перед нанесением модельной смеси необходимо покрыть модель или эмульсией на основании силикона. В результате будет получена оболочковая модель.

Технология этого типа применяется для производства отливок весом 12 – 15 кг. К явным достоинствам этой технологии можно отнести качество изготовленных отливок, но в то же время эти формы отличаются высокой стоимостью. Это вызывается тем, что при их производстве применяют дорогие химикаты.

Кстати, литье в тонкостенные разовые формы – это разновидность этой технологии разлива металла.

Центробежное литье

Специальные виды литья неограниченны темы методами, приведенными выше. При центробежном способе специального литья, расплав заполняет форму под воздействием центробежных сил. Они возникают при вращении литьевой формы вокруг оси, которая может быть расположена вертикально, горизонтально или под углом к горизонту.

При таком методе литья внутренняя поверхность отливки формируется, не вступая в контакт с рабочей поверхностью формы, и поэтому ее называют свободной.
Такая специальная технология предполагает, что литьевые формы выполнены из металла. Перед началом заливки расплава ее необходимо разогреть до температуры 250 – 350 градусов, затем на рабочие поверхности наносят огнеупорное покрытие. Использование центробежной обработки расплава позволяют получить плотность отлитого металла, отсутствие пустот и раковин в теле полученной детали. Под воздействием центробежных сил.

Центробежная обработка расплава позволяет производить следующие типы деталей:

втулки;
барабаны;
корпуса роторов и многое другое.

Центробежное литье позволяет обеспечить высокую плотность металла, отсутствие раковин.

Вследствие этого детали обладают повышенной износостойкостью. Кроме того, центробежные силы вытесняют из расплава посторонние включения и шлаки.

Корковое или оболочковое литье

Среди специальных видов литья существует и такой – оболочковый. Его применяют при работе и с цветными, и черными металлами. Литье выполняют в оболочковые (корковые) формы, выполненные из смеси кварцевого песка и бакелитовой смолой, перемешанные в пропорции 90 к 10. Бакелитовая смола полимеризуется при температуре 300 – 350 градусов.

Литье в корковые (оболочковые) формы

Смесь наносят на поверхность модели, которую предварительно нагрели до 220 градусов. Смола плавится, связывает между собой песчинки. В результате на поверхности модели образуется корка толщиной 5 – 7 мм. Затвердевание смеси происходит при нагреве модели до температуры 350 градусов. Затем, с применением различных приспособлений форму снимают с модели.
Основное преимущество форм этого типа – это уменьшение припусков и высокая точность получаемых отливок.

Прецизионное литье

Прецизионное литье – это специальный способ получения особо точных отливок.

Оборудование для прецизионного литья

Ранее такой способ называли литьем по выплавляемым моделям. Для выполнения работ по этой технологии применяют различные вещества, которые придают расплавленному металлу ряд свойств, которые позволяют ему точно заполнять форму.

Кроме этого, для выполнения специального литья применяют формы, изготовленные из металла и выполненные с повышенными требованиями к точности.

Выбивка, обувка, очистка и контроль литья

После окончания специального литейного процесса и остывания заготовок до приемлемой температуры, ее удаляют из формы и при необходимости отправляют на очистку ее от литников, облоя и пр. Кроме этого, выполняют контроля качества полученных деталей.

Основным документом, на основании которого выполняют контроля качества полученного изделия – это рабочий чертеж.

Технический контроль литья

Кроме того, работники службы технического контроля должны руководствоваться требованиями ГОСТ, ОСТ, СТП и другими нормативными документами, так или иначе, относящиеся к литью металлов.

Литье деталей из алюминия в гараже

Алюминий достаточно легкоплавкий металл, из которого можно успешно отливать необходимые детали в домашних условиях. Рассмотрим технологию литья на примере изготовления автомобильной проставки под переднюю стойку.

Материалы:

алюминиевый лом;
строительный песок;
бентонитовая глина (кошачий наполнитель);
тальк или детская присыпка;
деревянная рейка или доска.

Технология литья алюминия в домашних условиях

Чтобы отлить деталь, необходимо сначала сделать форму по оригинальной запчасти. Если оригинал поврежден, то его следует отреставрировать. В данном случае расколотая старая проставка склеивается суперклеем. Отверстия на ней заделываются пластилином. При этом от них должны остаться углубления на 2 мм, по которым потом можно провести сверление.
Далее изготавливается формовочная смесь. Для этого перемешивается просеянный песок и измельченный наполнитель для кошачьего туалета, являющийся бентонитовой глиной. Пропорция смешивания компонентов зависит от свойств песка. Нужно, чтобы слегка увлажненная смесь при прессовании не распадалась.

Из реек или досок делается рамка. Она устанавливается на ровное основание и в нее укладывается прототип для литья. На деталь и дно рамки насыпается тальк или детская присыпка, чтобы формовочная смесь не прилипала.
Сверху детали в рамку просеивается формовочная смесь. Достигнув верхней границы формы, песок утрамбовывается торцом широкого бруска или рейки.
После уплотнения лишняя формовочная смесь убирается, и рамка переворачивается. По детали наносятся легкие постукивания металлическим предметом, чтобы она отошла от уплотненного песка с глиной. Далее оригинал аккуратно извлекается.

Как только он приобретет жидкое состояние, на поверхность всплывет шлак, который нужно удалить. Он собирается прутиком, ложкой или другим удобным предметом. В результате должен остаться чистый металл.

Расплавленный алюминий быстро выливается в форму, установленную ровно по уровню. Жидкий металл имеет сильное поверхностное натяжение, поэтому растекается плохо и имеет выпуклую поверхность. Чтобы ее разровнять, нужно слегка встряхнуть форму.

Она имеет достаточно грубую поверхность, поэтому нуждается в доработке наждаком, напильником и шкуркой. В ней сверлятся отверстия, где они нужны.

Литье действительно выручает, когда нужна редкая или чрезмерно дорогая деталь, которую дешевле или проще сделать, чем искать и покупать. Конечно, для этого потребуется соорудить горн и тигель. Но заполучив такое оборудование, можно делать множество интересных и полезных проектов.

Смотрите видео

Технология листья со всеми подробностями представлена в видеоролике.

Литье в форму

Технология литья в форму, или матрицу, основана на физическом свойстве жидкости затекать в твердые емкости, заполняя все их уголки. После этого жидкость застывает и образует твердую отливку, повторяющую все детали поверхности матрицы.

Разновидности литья в форму

Методом литья получают самые разнообразные изделия из металлов, для этого их предварительно нагревают, доводя до температуры плавления и перехода в жидкое состояние. Этот способ обработки металлов был освоен человечеством в IV-III тысячелетии до н.э. Температура плавления самых применяемых человеком металлов — от 213 °C у олова до 1538 °C у железа.

Кроме металлов, путем литья получают изделия из различных пластмасс. Их температура плавления намного ниже — в диапазоне 200-300 °C.

Также литьем получают изделия из смесей неметаллических веществ, химически отвердевающих при комнатной температуре — это смолы и пластмассы, гипс и цемент.

Основные виды литья в формы

Виды литья делятся по различным признакам.

По возможности повторного использования различают однократные (песчаные, оболочковые, выплавляемые модели, газифицируемые модели) и многократные формы — кокили, цементные, графитовые и асбестовые. Однократная разбивается, чтобы извлечь изделие. Многократные бывают разборные и неразборные, и обеспечивают повторное литье в форму от десятков до тысяч раз.

Однократные формы Многократные формы

Традиционные методы литья, освоенные человечеством еще в древности — в песчаные формы и в кокиль.

Прогрессивные виды технологии, разработанные в прошлом веке и завоевавшие популярность сегодня:

в оболочковые формы;
по выплавляемым моделям;
центробежное;
под давлением;
по газифицируемым моделям;

Литьё в оболочковые формы

Для литья металлов данным способом готовят состав из песка и порошкообразного связующего, чаще всего фенолформальдегидных смол.

Модель, или макет нагревают до 300 °C и обсыпают подготовленной смесью. За короткое время (около минуты) на поверхности макета запекается упрочненный слой. Излишки смеси убирают.

Иногда плакированную смесь задувают в промежуток между разогретой моделью и фигурной опокой. Следующий этап — обжиг при температуре 650 °C для окончательного набора прочности. После извлечения макета половинки матрицы соединяют вместе – и она готова к отливке. Для того чтобы матрица не деформировалась весом поступающего в нее расплава, ее окружают металлическим ящиком, который заполняют дробью. Дробь улучшает также и график остывания изделия.

Литьё в оболочковые формы

Основные преимущества метода:

существенное снижение трудоемкости и времени подготовки формы по сравнению с литьем в землю
контроль режима остывания изделия
процесс поддается механизации

Данный вид заливки пригоден для изделий весом до 30 кг.

Литьё по выплавляемым моделям

Выплавляемые модели – пожалуй, самый дорогостоящий и трудоемкий вид литья металлов.

Его используют для особо ответственных видов изделий высокой точности — таких, например, как турбинные лопатки. Точный макет будущей детали выполняется из вещества с низкой температурой плавления, такого, как воск. В производстве используется смесь парафин-стеарин в равных частях. Для более крупных видов изделий в состав добавляют соли, препятствующие короблению макета. Потом путем погружения макет покрывают 5-12 слоями специальной жаростойкой суспензии. В качестве основы берут гидролизованные силикаты, жаростойкой обсыпкой являются зерна электрокорунда или кварца.

Отливки по выплавляемым моделям

Для сушки применяют шкафы, наполненные аммиачным газом. Далее форму нагревают, чтобы из нее вытек парафин. Остатки состава удаляют паром, подаваемым под высоким напором. Следующая фаза подготовки — прокаливание при температуре около 100 °C. Эту операцию проводят для избавления от остатков, способных к газификации. Заливка осуществляется в подогретые до 1000 °C матрицы. После охлаждения изделия по заданному графику в термостате, матрицу разбирают и достают деталь.

Основное преимущество этого вида заливки — высокая точность соблюдения размеров и качество поверхности.

возможно изготовление продукции из сплавов, плохо поддающихся механической обработке
Можно отливать детали, которые другими видами литья пришлось бы лить по частям и впоследствии соединять в единый узел

Недостатки – низкий коэффициент использования металла и чрезвычайно высокая трудоемкость.

Литье по газифицируемым моделям

Представляет собой развитие вида заливки в песчаные формы с применением ручной или машинной формовки. Суть данного вида в том, что макет делают не из дерева, а из легкоплавкого пластика, чаще всего вспененного полистирола.

Литье по газифицируемым моделям

Модель размещают в опоке, после чего проводят послойную формовку песчано-глиняной смесью с уплотнением. В верхней части формы создают литниковую систему. Расплав заливают прямо поверх модели, полистирол плавится и газифицируется, выходя через формовочные массы вместе с другими литьевыми газами.

Преимущества этого вида заливки:

трудоемкость подготовки форм снижается многократно
можно моделировать и отливать за один раз детали любой, даже самой сложной формы
не нужны составные макеты и сложные составные формы.
Доступны большие серии изделий — в этом случае макеты также отливаются.

ЛГМ-это современный вид литья, приобретающий все большую популярность среди металлургов.

Литье под давлением

Отличается от традиционного вида заливки тем, что расплав поступает в форму не под действием гравитации, а под влиянием избыточного давления, создаваемого в отливочной камере напором газа или поршнем. Тигель с расплавом, система его нагрева, формы и металлопровод помещены в герметичную камеру и представляют собой единый механизированный и автоматизированный комплекс.

Литье под давлением

По достижении требуемой температуры расплава в тигель опускается металлопровод, выполненный из тугоплавкого титанового сплава, и в камеру подается напор воздуха. Под его воздействием расплав поднимается в матрицу и заполняет ее. Автоматика поддерживает постоянное давление в камере, поскольку объем ее увеличивается по мере расходования металла. Далее вентиляционные насосы откачивают литьевые газы в систему очистки воздуха. При этом виде заливка проводится как в одноразовые песчаные формы, включая газифицируемые модели, так и в многократные: кокили, цементные, графитовые и асбестовые. По окончании заполнения формы остаток металла стекает из металлопровода обратно в тигель.

Высокая степень автоматизации литейных операций
Исключение ручного труда во вредных условиях
Экологичность
Высокий коэффициент использования металла.

Сложность оборудования
Размер отливки ограничен размером герметичной камеры.

Данный вид популярен в цветной металлургии для крупных партий небольших и средних деталей.

Используется при производстве изделий, имеющих форму вращения — втулок, шестерен и т.п. Литье проводится в металлическую матрицу, вращающуюся с большой скоростью.

Центробежная сила прижимает жидкий металл к внешней стенке, где он и кристаллизуется. Метод позволяет получить исключительно однородные отливки. Возможно создание и многослойных деталей. Слои заливаются один за другим.

Достоинства и недостатки литья в форму

Отливка в форму, как и любая технология, имеет свои плюсы и минусы.

Точное повторение геометрии макета
Производство изделий самой замысловатой геометрии
Возможность изготовления большого количества идентичных деталей
Низкая себестоимость продукции

Высокая трудоемкость
Тяжелые условия труда и вред для экологии
Сложность автоматизации процессов, особенно подготовки сложных форм
Неоднородность состава и плотности материала отливок.

Современные виды литья во многом снимают эти недостатки. Так, использование ЛГМ многократно снижает трудоемкость подготовки, литье под давлением повышает однородность изделий и автоматизирует процессы во вредных условиях труда, центробежное и интрузионное литье позволяет получить абсолютно однородные отливки. Металлурги постоянно разрабатывают новые разновидности известных методов литья и изобретают принципиально новые его виды.

Читайте также: