Оборудование для литья металла в домашних условиях
Обновлено: 04.10.2024
Литье алюминия в домашних условиях на примере изготовления сувенира.
Здравствуйте! Сегодня я расскажу вам о своем опыте литье в песок по выжигаемой модели. Почему именно такой способ заслуживает внимания? Все очень просто! Буквально просто! Дело в том, что есть много разновидностей литья. И так как мы говорим о литье в песок (землю), то и рассматривать будет его варианты.
Полностью процесс вы можете посмотреть на видео в конце статьи!
Литье в песок — самый распространенный способ литья из-за своей простоты и дешевизны. Так что вы без труда сможете отлить что-нибудь из алюминия в домашних условиях или в гараже своими руками. До сих пор в современном мире это преобладающая технология. Ключевая разница всех вариантов в том, имеем ли мы одноразовую, выжигаемую в процессе заливки, модель или же у нас есть какая-то мастер модель, которая выполнена из твердых материалов и не может быть разрушена.
Более дешевый вариант — литье по выжигаемым моделям, но при условии, что модель не очень сложная и вы сможете вырезать ее из пенопласта (полистерола). Литье по невыжигаемой модели требует некой подготовки смеси (об этом я расскажу в следующих статьях), а литье по выжигаемой модели требует лишь сухой песок.
Главным недостатком литья в песок является то, что отливка получается более грубой и шероховатой (чем мельче песок, тем лучше будет отливка) и требует механической обработки.
А теперь непосредственно о литье по выжигаемой модели.
Выбор материала
Для пресс-форм используют высокопрочные стали, способные выдерживать ударные нагрузки. Эти стали хорошо закаливаются и обладают высокой вязкостью. Чаще всего применяют 40Х13 и 5ХНМ. Для штампов выбирают прочные стали Ст45, Ст40Х, У8.
Для холодной штамповки применяют гидравлический пресс из-за разнообразия его конфигураций и небольшого расхода металла. Для вырубки и пробивки выбирают инструмент с большим ходом шайбы.
ВАЖНО! Стали У8А и 8ХФ не применяются для изготовления деталей пресс-форм. Сталь У10А тверда после термообработки, но изготовляемые с ее помощью детали придется подвергать дополнительной механической обработке.
Нам понадобятся:
- емкость для формовки;
- песок;
- пенопласт;
- печь с горелкой;
- инструмент для обработки пенопласта и готовой отливки.
Прежде всего начинаем работу с шаблона или чертежа, я буду рассказывать на примере отливки сувенира. Готовим шаблон и вырезаем его. Это нужно для того что бы быстро перенести его на наш пенопласт. Если вы хорошо рисуете, то нарисовать деталь вы можете сразу на пенопласте, это не принципиально. После чего, нам нужно вырезать нашу заготовку. Это и занимает большую часть времени, так как работа кропотливая, а брак практический не поправим (можно вырезать испорченную часть и приклеить на клей кусок нового пенопласта и попытаться вырезать снова).
Дальше я воспользовался бормашинкой (гравером) и обработал грани уже более четко, вырезал отверстия и изделие приобрело узнаваемый вид. Тут, кстати, у меня вышло не с первого раза, так как фреза режет пенопласт как нож масло и из-за кручения утягивается дальше в глубь, поэтому будьте аккуратны и не переусердствуйте. А то придется начинать с начала, что и пришлось сделать мне!
Когда заготовка готова, откладываем ее в сторону и идем за песком. При необходимости просейте его и подготовьте для формовки. Берем заранее подготовленную емкость (не важно какая она, лишь бы в ней можно было бы полностью утопить деталь и засыпать песком). Сперва засыпаем немного песка на дно, что бы заготовка не касалась формы, а после начинаем подсыпать песок и периодически растрясываем ящик для того, что бы песок равномерно заполнил все неровности и отверстия. У меня не поместился самый хвостик ножа в форму, поэтому пришлось «наращивать» форму еще одной баночкой. Литник я уже сделал из мокрого песка, что бы он держал свою воронкообразную форму.
Вот и все! подготовка к литью закончена, остается лишь расплавить алюминий и залить его!
Алюминий плавится при температуре 600 градусов , поэтому нам подойдет и простой костер. А в качестве тигля сгодится металлическая банка. Для разовой плавки подойдет даже консервная, только убедитесь, что она железная, а не такая же алюминиевая иначе, банка расплавится быстрее металла и все окажется в вашем костре или и вовсе нанесет вам повреждения. Будьте аккуратнее и соблюдайте технику безопасности!
Когда алюминий расплавился, то можно добавить немного буры или более простой вариант — соды и соли. Это поможет вывести шлаки из металла и сделает его более текучим. Поэтому делаем шарик с содой и солью из фольги и бросаем прямо в расплавленный металл, при этом хорошо, если у вас рядом окажется стальная ложка, ну или на край деревянная палочка. Проталкиваем шарик на дно расплава и расплав начинает немного булькать. Весь мусор, что всплыл на поверхность нужно удалить. Это так же удобно делать ложкой или другой металлической вещью похожей на ложку. После этой процедуры поверхность расплавленного алюминия должна быть гладкой и зеркальной. Теперь-то и можно заливать металл в нашу форму!
Как отлить деталь из алюминия в домашних условиях
Для многих термин «литейное производство» тесно связано с непосильным трудом и специальными профессиональными умениями и навыками. На самом деле отлить деталь из необходимого металла реально для самого обычного человека без профессиональной подготовки в домашних условиях. Процесс имеет свои тонкости, но по силам для выполнения в домашних условиях своими руками. Внешне напоминает изготовление свинцовых грузов для рыбалки. Особенности процесса литья алюминия связаны с техническими характеристиками материала.
Как отлить алюминий
Характеристика алюминия.
Алюминий один из самых распространённых металлов.
Он серебристо-белого цвета, достаточно хорошо поддаётся литью и механической обработке. В силу своих особенностей алюминий оснащён высокой теплопроводимостью и электропроводимостью, а также обладает коррозионной стойкостью.
У технического алюминия температура плавления равна 658 градусам, у алюминия высокой чистоты — 660, температура кипения алюминия составляет 2500 градусов.
Для отливки алюминия домашние нагревательные приборы вряд ли будут полезны и обеспечат нужной температурой. Нужно расплавить алюминий, нагревая его до температуры свыше 660 градусов.
Литье алюминия: выбор источника тепла
В качестве источника тепла для плавки алюминия можно использовать:
- Очень действенный способ достигается благодаря собственноручной тигельной муфельной печи. В рабочую поверхность данной печи устанавливается тигля (необходимый инструмент для плавки алюминия), в него добавляют сырье. С помощью муфельной печи можно очень просто отлить алюминий.
- Муфельная печь для плавки алюминия своими руками, тут!
- Для получения температуры плавления алюминия достаточно температуры горения сжиженного или природного газа, в этом случае процесс можно выполнить в самодельной печи.
- При небольшом объеме плавки можно воспользоваться теплом, получаемом при горении газа в бытовой газовой плите.
- Необходимую температуру обеспечат газовые резаки или ацетиленовые генераторы, если таковые имеются в домашнем хозяйстве.
Подготовка алюминия
Несмотря на то что процесс плавки будет выполняться в домашних условиях, к нему необходимо отнестись ответственно. Металл предварительно необходимо очистить от грязи, раздробить на небольшие куски. В этом случае процесс плавки пойдет быстрее.
Литье в песчаные формы
Для изготовления деталей литьем применяется несколько технологий. Самая простая — литье в песчаные формы:
- Если требуется изготовить алюминиевую деталь простой формы, то выполнять литье можно открытым способом непосредственно в грунт — кремнезем. Изготавливают небольшую модель из любого материала: дерево, пенопласт. Устанавливают в опоку. Грунт укладывают вокруг небольшими слоями и тщательно трамбуют. После того как образец извлекают, кремнезем хорошо держит форму и литье выполняют прямо в нее.
- В качестве формирующей смеси можно использовать песок, соединенный с силикатным клеем, или цемент, замешанный на тормозной жидкости. Соотношение материалов должно быть таким, чтобы если смесь сжимать, она сохраняла форму.
Видео «Литьё алюминия в земляную (песочную) форму в домашних условиях»
Для деталей сложной формы применяется иная технология.
Литье по выплавляемым моделям
Этот известный давно способ для изготовления алюминиевых изделий в домашних условиях может быть немного изменен. Принцип литья заключается в следующем:
Из легкоплавкого материала изготавливается модель. Укладывается в определенную форму, заливается гипсом. Устанавливается один литник или несколько. После того как гипс застыл, его хорошо просушивают. При высокой температуре легкоплавкий материал переходит в жидкое состояние и вытекает через литник. В полученную форму льют алюминиевую заготовку.
Рекомендуемый материал — воск, имеет один очень большой недостаток. Это высокая цена материала. Но для небольших деталей он не нанесет большого вреда семейному бюджету.
Подробности процесса можно уточнить по видео.
Видео «Литье алюминия под высоким давлением»
Таким образом, изготовить необходимую деталь из алюминия различной формы можно даже самому обычному мастеру-любителю.
Способы изготовления
Есть три способа изготовления формы для штамповки:
- Переделывание имеющейся пресс-формы;
- Изготовление с нуля;
- Сборка из готовых материалов.
Первый вариант встречается крайне редко из-за затрат, проще сделать самостоятельно. В странах СНГ создают формы от колонков до формообразующих. Есть тенденция на изготовление пресс-форм по специализации. На разных заводах изготавливают все части формы, в конечном месте их собирают в готовый продукт.
Изготовление форм для штамповки алюминиевых деталей удешевляется путем повторного безремонтного использования пресс-форм, уже отработавших срок на более высокоточных деталях. Алюминиевые детали не имеют жестких допусков, поэтому такой вариант приемлем.
Как отлить деталь сложной формы из алюминия
На промышленных предприятиях зачастую используют металлические формы. Литейные формы для отливки алюминия можно получить из различных материалов. Чаще всего, используют гипс. Гипс можно приобрести в любом строительном магазине по любой приемлемой для вас цене. Рекомендуется использовать скульптурный или белый гипс.
Отличный вариант — скульптурный, который маркируется Г-16. В связи с высокою ценою можно заменить на Г-7 — обычный белый гипс. Категорически запрещается выполнять замену на алебастр, несмотря на то что они в строительных работах часто взаимозаменяемые.
Рассмотрим простой способ отливки детали из алюминия своими руками в домашних условиях.
Чтобы отлить деталь из алюминия нам потребуется:
- сосуд для плавки;
- металлолом;
- форма для плавки.
1. Подготавливаем сосуд для плавки (можно использовать сосуд из части стальной трубы).
2. Изготавливаем форму для плавки. Если деталь имеет сложную конструкцию, то форма может иметь несколько составляющих.
В нашем варианте форма будет состоять из двух частей. Сначала продумайте, как упростить деталь для удобства (рекомендуем укрепить отверстия с помощью скотча).
Форму очень просто сделать из скульптурного гипса (не применяйте алебастр!). Можно воспользоваться пластилином.
3. Прежде чем заливать гипс, следует смазать ёмкость маслом, чтобы гипс не смог прилипнуть к ёмкости.
4. Аккуратно залейте гипс, периодически встряхивайте форму для того, чтобы вышли пузырьки.
Важно знать:
процесс затвердевания гипса достаточно быстрый, поэтому будьте внимательны и постарайтесь вовремя установить модель в гипс.
Кроме этого, рекомендуется установить в гипс предмет (например, небольшую палку), который станет каналом для заливки нашей детали.
5. Необходим первичный слой для предстоящей заливки.
Берём сверло и делаем 4 небольших отверстия, форму обрабатываем маслом. Это необходимо для того, чтобы готовые детали форм лежали максимально устойчиво в процессе отливки.
6. Делаем заливку второго слоя.
7. После того, как произойдёт затвердевание, необходимо аккуратными движениями извлечь форму из ёмкости и разделить половинки.
Сложные изделия, требующие мастерства и дополнительных инструментов
Если есть сварочный аппарат, то выполнить поделку из металла можно любой сложности. Ничто не будет ограничивать фантазию и в том случае, если приобрести ножницы по металлу. Небольшой молот с наковальней делают процесс еще более творческим и разнообразным. В этом случае ничто не ограничивает ни мастерство творящего поделку, ни полет его фантазии. Реализована может быть любая идея, даже используя металлолом.
Плоские оригинальные конструкции
Если есть желание сделать самоделку, которая украсит собой приусадебный участок, фасад дома или забор, можно выполнить плоское изображение любого животного, цветка или другого какого-либо объекта.
В этом случае понадобятся острые режущие инструменты при помощи которых можно будет вырезать нужно изображение. Основная часть работы будет заключаться в создании подходящего эскиза.
После того, как на бумаге или плотном картоне будет создан подходящий по размеру объект, необходимо его перенести на металл.
Затем режущим инструментом вырезать не только контур. Но, желательно внутреннюю перфорацию. Именно внутренние отверстия в плоской скульптуре помогут воссоздать изображение наиболее натуралистично и придать ему некоторую легковесность.
Литье по выжигаемым моделям: особенности технологии
Изготовление детали из алюминия с помощью литья по выжигаемым моделям имеет свои особенности, которые будут рассмотрены ниже. Работы выполняются в следующей последовательности:
- В качестве материала для модели в домашних условиях используют пенопласт. С помощью режущих элементов и клея изготовьте фигуру, очертаниями напоминающую требуемую форму.
- Приготовьте емкость для изготовления модели. Можно воспользоватся старой коробкой из-под обуви. Смешайте алебастр с водою. Залейте смесь в коробку. Поместите пенопластовую модель. Разровняйте. Дайте время материалу хорошо застыть. В связи с быстрым процессом застыванию алебастра, работы выполняйте в ускоренном темпе.
- Удалите коробку. Прогрейте форму в печи для того чтобы просушить алебастр и убрать остатки влаги. В противном случае вся воды из алебастра поступит в алюминий и превратится в пар, что приведет к порам в металле и выплескиванию алюминия из формы при выполнении работ.
- Расплавьте алюминий. Удалите с жидкой поверхности расплавленный шлак. Заливайте металл в форму на место пенопласта. От высокой температуры последний начнет выжигаться и его место займет алюминий.
- После того как металл остынет, разбейте форму и достаньте полученную литую алюминиевую модель. Посмотреть процесс подробнее можно по видео.
Использование кухонной плиты
Штучное литье из алюминия можно организовать без изготовления специальной печи. Необходимая температура достигается с использованием бытового газа. Сам процесс плавки занимает около получаса, если объем алюминия не превышает 100-150 грамм.
В качестве емкости используют жестяную банку из-под сгущенки, например. В нее засыпают очищенный и измельченный лом алюминия. Но расплавить его, поставив жестяную банку на решетку над горелкой, не получится – не хватит температуры. Чтобы уменьшить потери тепловой энергии, изобретатели придумали хитрую конструкцию.
Техника безопасности и подготовка рабочего места
Высокотемпературные работы отличаются вредными испарениями и сопровождаются выделением дыма, поэтому выполнять их необходимо на открытом воздухе или принудительно проветриваемом помещении. Необходимо использовать вентилятор с боковым обдувом.
Процесс литья сопровождается брызгами, возможны потоки расплавленного металла. Рабочее место потребуется предварительно застелить листом металла. Не рекомендуется работы выполнять в жилом помещении — это небезопасно для окружающих.
Основные ошибки при литье алюминия
Прежде чем выполнять литье алюминия в домашних условиях, обратите внимание на основные ошибки, которые наблюдаются при выполнении работ:
Литьё металла по выплавляемым моделям на кухне
Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.
Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.
Статья относится к принтерам:
Я решил попробовать научиться лить металл дома, когда встретил в сети упоминания карборундового тигля, способного расплавить алюминий и бронзу в СВЧ печи.
Описание процесса и результаты попыток кратко изложу в этой статье.
Изготовление мастер-модели
Модели я печатал из PLA - самого легкоплавкого пластика из имевшихся под рукой. Сопло 0.4-0.6, слой 0.1-0.2, заполнение 30%, в общем, всё как обычно.
В качестве моделей взял стандартные "кораблик" и "кубик", к которым прилепил литники из воска от сыра.
И начерченный в CAD-e барашек для крана автоклава взамен потерянного (у него литники сделал прямо при моделировании - правда, они сразу отломались, пришлось зажигалкой приклеивать).
Изготовление литьевой формы
В целом, есть два способа изготовить форму. Можно сделать по модели форму из нескольких частей, потом вынуть из формы модель, собрать форму обратно и залить в неё металл.
Можно сделать монолитную форму, потом вытопить из неё модель и залить металл в образовавшуюся полость. Первый вариант не портит модель и позволяет использовать форму несколько раз, второй - проще технически и позволяет делать модели сложной формы. Для разового литья по распечатываемым моделям разумно использовать выплавляемые формы, что я и сделал.
Что касается материала для формы, то есть три типа популярных смесей, песок + глина, песок + жидкое стекло и смеси на основе гипса.
Смеси на основе гипса легки в изготовлении, но их нужно прокаливать при 700 градусов Цельсия, чтобы избавиться от химически связанной воды. Дома, естественно, хотелось минимизировать работу с высокими температурами, поэтому гипс я отмёл.
Смеси на основе глины удобны многоразовостью материала и быстротой прототипирования - но, судя по рассказам, крайне прихотливы. К тому же их обычно используют во влажном виде, что не применимо к методу выплавляемых моделей.
Поэтому я остановился на смесях на основе жидкого стекла. Их рекомендуемый состав - смесь песок : жидкое стекло в соотношении 100 : (7-10). Впрочем, у меня они, почему-то, получались при таком соотношении слишком сыпучими, так что я брал жидкого стекла чуть больше.
Жидкое стекло использовал первое попавшееся в магазине.
Песок, судя по рассказам, лучше брать карьерный, но для составов с жидким стеклом это не так важно; я взял речной, фракцию "менее 0.25 мм" (облепливал ею модель) и "0.25-0.5 мм" (делал из неё периферические части формы). Но не думаю, что это очень важно, подозреваю, что песок, просто просеянный через сито для муки, даст почти тот же результат.
Забив внутренние части модели смесью и по возможности облепив ею снаружи, я засыпал на дно подходящей конической баночки смесь, укладывал на неё модель и забивал смесью все свободное место.
В общем, на модели объёмом порядка 10-20 мл уходило 300-600 граммов просеянного песка.
Сушка и выплавление формы
Для сушки я использовал электрическую духовку в режиме обдува горячим воздухом.
Сначала я подсушивал форму прямо в баночке при 70*С - так, чтобы образовалась сухая корочка и форму можно было перевернуть. Это занимало где-то час.
Потом я переворачивал форму и снимал пластмассовую баночку, в которой делал форму.
В таком виде сушил ночь - но, если честно, подозреваю, что этот этап можно пропустить.
Затем подстилал на дно фольгу, поднимал температуру до 250, и вытапливал PLA в течении целого дня. Учтите, что обдув горячим воздухом приводит к тому, что капли PLA падают отнюдь не вертикально, поэтому фольга должна быть не только прямо под формой, но и по всему дну.
Вот так выглядят формы после выплавления:
Требуемый объём металла легко увидеть в слайсере, если задать нарезку модели со 100% заполнением. Плотность бронзы около 9 г/мл, алюминия - около 3 г/мл. На самом деле, поменьше, но ведь ещё запас на литник нужен, на окисление при плавлении, и так далее.
На алюминий я распустил литой корпус старого прибора, надпилил его реноватором и разломал на подходящие кусочки парой газовых ключей.
Бронзу марки БРОФ7-0.25 приобрёл на Авито в виде стружки. Сразу говорю, это была плохая идея, у бронзовой стружки очень низкая насыпная плотность, её влезает в тигель хорошо если десяток-другой граммов, она пружинит, а не прессуется.
Проводилась в соответствии с инструкцией изготовителя тигля.
Размеры тигля - примерно 45 мм внутренний диаметр и примерно 35 мм высота. Теоретически это даёт объём около 50 мл. Но полностью использовать объём можно, только заложив в тигель заготовку, точно выточенную под объём тигля; на практике, если использовать обычные куски металла, влезает около 25-30 мл. Вот тигель, полный алюминия - даже с небольшой горкой над уровнем тигля; это примерно 70 граммов, то есть 25 мл:
Алюминий расплавился довольно быстро (примерно, за 10 минут), а вот бронзовая стружка пыталась расплавиться около получаса - после чего СВЧ печь издала странный звук и больше ничего плавить не захотела. Изучение проблемы показало, что в печке сгорели высоковольтные конденсатор и предохранитель. Я их, конечно, поменял - но решил, что это знак свыше, и больше бронзу плавить не пытался.
К сожалению, как раз перед сгоранием печи бронза всё-таки почти расплавилась, и легла блином на дно тигля. Как я уже сказал больше бронзу я плавить не стал, так что пользовался тиглем с бронзовым блином на дне.
Вот так выглядят формы, в которые уже залит металл:
Чистка отливок. Результат.
Большая часть формы легко осыпалась после нескольких ударов молотком, но то, что прилегало непосредственно к модели, слегка окаменело, и эти остатки пришлось очищать стальной иглой.
Кораблик после отбвивания молотком основной части формы, но до чистки иглой:
В общем, результат получился лучше, чем я рассчитывал, учитывая все прелести алюминия, хотя местами, конечно, наблюдается непролив.
Обзорное фото результатов вы видели в начале статьи. Вот оно ещё раз.
Видно, что кубик и кораблик, в целом, получились похожими на модель, но не идеально пролитые. А вот ручка вышла откровенно плохо: я сделал слишком тонкие литники, и алюминий просто не затёк в форму.
Дно корабля, слом литника. Видно, что структура зернистая, с полостями:
Кораблик спереди. Видны непроливы:
Крыша кораблика. Видна слоистость печати принтера (0.1 мм слои):
0. Всё нижеперечисленное - мои выводы на основе минимального опыта.
1. Литьё небольших деталей можно организовать на обычной кухне с минимальным набором специально докупленных вещей.
2. Отливать можно детали из алюминия. Теоретически можно и из бронзы, но на пределе возможностей микроволновки.
3. Отливать можно детали объёмом где-то до 20-25 мл.
4. Для литья по выплавляемым моделям подходят модели из PLA.
5. Теоретически, можно печатать слоем 0.1 мл, но, на практике, 0.2 мм обычно достаточно.
6. В качестве формовочной массы подходит смесь песка с жидким стеклом (7-15%).
7. Песок можно брать обычный речной, фракция "менее 0.5 мм" достаточна, хотя для более тонкого литья можно попытаться взять фракцию "менее 0.25 мм".
8. Выплавлять модель можно несколько часов, при температуре около 250 градусов Цельсия.
9. При литье из алюминия стабильно получаются элементы толщиной больше 2-3 мм.
10. В частности, литники желательно делать толщиной 4-5 мм.
11. Не забывайте о технике безопасности при литье. Надевайте перчатки, хлопковую или кожаную одежду с длинными рукавами и штанинами, ботинки.
Подпишитесь на автора
Точное литье по выплавляемым моделям в домашних условиях: технология, преимущества и недостатки
Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) – это промышленный процесс, который также называется литьем по восковым моделям или литьем в разрушаемую форму. Форма разрушается, когда изделие извлекается. Выплавляемые модели широко используются как в машиностроительном, так и в художественном литье.
Область применения
Особенности техпроцесса позволяют применять метод ЛВМ в широком диапазоне: от крупных предприятий до небольших мастерских. Также возможно литье по выплавляемым моделям в домашних условиях, в личных и коммерческих целях для изготовления детализированных фигурок, сувениров, игрушек, деталей конструкций, ювелирных изделий. В качестве наполнителя можно использовать практически все металлы:
- стали (легированные и углеродистые);
- цветные сплавы;
- чугун; ;
- сплавы, не поддающиеся мехобработке.
Впрочем, технология универсальна – вполне можно изготовить относительно крупные конструкции сложных форм. Для облегчения техпроцесса используют специализированное оборудование для литья по выплавляемым моделям и 3D-моделирование с помощью специализированных программ.
Литье в керамические формы
В зависимости от требований к изделиям используют различные, наиболее подходящие технологии. Точное литье по выплавляемым моделям (ТЛВМ) позволяет получать самые сложные по конфигурации отливки с высокой точностью, с минимальной толщиной стенок и шероховатостью поверхности. Для ТЛВМ восковая модель погружена в жидкую смесь на основе керамики. Керамическая смесь сохнет и формирует оболочку формы для литья. Этот процесс повторяется, пока желаемая толщина не будет достигнута. Затем воск удаляется в автоклаве. Однако этот метод характеризуется высокой стоимостью, продолжительностью технологического процесса, выделением вредных веществ в производственной зоне и загрязнением окружающей среды остатками керамических форм.
Литье в формы из ХТС
Во многих случаях при изготовлении поделок на дому к отливкам сложной конфигурации не предъявляется требование низкой шероховатости, а для ряда художественных отливок поверхность с равномерной шероховатостью не только допустима, но является дизайнерским решением. В этом случае целесообразно применять литье по выплавляемым моделям.
Технология, разработанная для изделий, не требующих гладких поверхностей, достаточно проста. Такую поверхность можно получить литьем в формы из холодно-твердеющих смесей (ХТС). Этот процесс значительно проще, дешевле и экологически чище.
Однако данный метод литья по выплавляемым моделям не позволяет получать сложные отливки с использованием выплавляемых моделей. Это объясняется тем, что при вытопке фигур значительная часть модельного состава остается в полости формы и может быть удалена только прокалкой. Прокалка, то есть нагрев до температуры воспламенения, модельного состава приводит к деструкции смоляного связующего вещества ХТС. При заливке металла в форму с остатками модельного состава происходит их сгорание, приводящее к выбросам металла из формы.
Использование жидкостекольных смесей
Нивелировать недостатки ХТС-технологии при изготовлении некоторых типов отливок позволяет литье по выплавляемым моделям в жидкостекольные смеси с жидким катализатором (ЖСС ЖК). Эти смеси с содержанием жидкого стекла в количестве 3-3,5 % и катализатора около 0,3 % от массы песчаной основы начали применяться за рубежом в начале 80-х и используются до сих пор. По данным исследований, эти смеси в отличие от ЖСС первого поколения отличаются экологической чистотой, хорошей выбиваемостью и незначительным пригаром на отливках.
Литье по выплавляемым моделям: технология
Процесс ЛВМ включает в себя операции подготовки модельных составов, изготовления моделей отливок и литниковых систем, отделки и контроля размеров моделей, дальнейшей сборки в блоки. Модели, как правило, изготавливают из материалов, представляющих собой многокомпонентные композиции, комбинации восков (парафино-стеариновая смесь, природные твердые воски и т.д.).
При изготовлении модельных составов используется до 90 % возврата, собираемого при выплавлении восковых моделей из форм. Возврат модельного состава следует не только освежать, но и периодически регенерировать.
Изготовление моделей состоит из шести этапов:
- подготовки пресс-формы;
- введения в ее полости модельного состава;
- выдержки модели до затвердевания;
- разборки формы и извлечения модели;
- охлаждения ее до комнатной температуры.
Особенности техпроцесса
Сущность ЛВМ заключается в том, что силиконовая или восковая модель выплавляется из заготовки путем нагревания, а освободившееся пространство заполняют металлом (сплавом). Техпроцесс имеет ряд особенностей:
- При изготовлении формовочной смеси широко используют суспензии, состоящие из огнеупорных мелкозернистых материалов, скрепляемых связующим раствором.
- Для заливки металлов (сплавов) применяют неразъемные формы, получаемые путем нанесения на модель огнеупорного покрытия, его сушки с дальнейшим вытапливанием модели и прокаливанием формы.
- Для отливок используются одноразовые модели, так как они разрушаются в процессе изготовления форм.
- Благодаря мелкозернистым огнеупорным пылевидным материалам обеспечивается достаточно высокое качество поверхности отливок.
Преимущества ЛВМ
Преимущества литья по выплавляемым моделям очевидны:
- Универсальность. Можно использовать любые металлы и сплавы для литья изделий.
- Получение конфигураций любой сложности.
- Высокая чистота поверхностей и точность изготовления. Это позволяет на 80-100 % сократить последующую дорогостоящую металлообработку.
Недостатки ЛВМ
Несмотря на удобство, универсальность и достойное качество изделий, не всегда целесообразно применять литье по выплавляемым моделям. Недостатки главным образом связаны со следующими факторами:
- Длительностью и сложностью техпроцесса производства отливок.
- Завышенной стоимостью формовочного материала.
- Большой нагрузкой на экологию.
Пример изготовления изделия на дому: подготовительный этап
Литье по выплавляемым моделям в домашних условиях не потребует глубоких знаний в металлургии. Для начала подготовим модель, которую хотим повторить в металле. В качестве макета сойдет готовое изделие. Также фигурку можно изготовить самостоятельно из глины, скульптурного пластилина, дерева, пластика и других плотных пластичных материалов.
Устанавливаем модель внутри скрепленной струбцинами либо кожухом разборной емкости. Удобно использовать прозрачную пластиковую коробку или специальную пресс-форму. Для заливки пресс-формы воспользуемся силиконом: он обеспечит отличную детализацию, проникая в мельчайшие трещинки, отверстия, впадины и формирует очень гладкую поверхность.
Второй этап: заливка силиконом
Если требуется точное литье по выплавляемым моделям, для изготовления формы без жидкой резины не обойтись. Силикон готовится по инструкции путем смешивания разных компонентов (как правило, двух) и последующего нагревания. Для удаления мельчайших пузырьков воздуха емкость с жидкой резиной целесообразно на 3-4 минуты поместить в специальный портативный вакуумный аппарат.
Заливаем готовую жидкую резину в емкость с моделью и повторно проводим вакуумирование. Для последующего затвердения силикона потребуется время (согласно инструкции). Используемые полупрозрачные материалы (емкостей и самого силикона) позволяют воочию наблюдать процесс формирования пресс-формы.
Извлекаем схватившуюся резину с моделью внутри из емкости. Для этого освобождаем струбцины (кожух) и отделяем две половинки коробки – силикон легко отходит от гладких стенок. Для полного застывания жидкой резины потребуется 40-60 минут.
Третий этап: изготовление восковой модели
Литье по выплавляемым моделям предполагает вытапливание плавкого материала и замещение образовавшегося пространства расплавленным металлом. Так как воск легко плавится, его и используем. То есть следующая задача – сделать восковую копию использованной первоначально модели. Для этого и потребовалось создание резиновой пресс-формы.
Аккуратно разрезаем силиконовую заготовку вдоль и достаем модель. Здесь есть небольшой секрет: чтобы впоследствии точно соединить форму, разрез рекомендуется делать не гладким, а зигзагообразный. Прикладываемые части формы не будут сдвигаться по плоскости.
Заполняем образовавшееся пространство в силиконовой пресс-форме жидким воском. Если изделие готовится для себя и не требует высокой точности сопряжения деталей, можно залить воск отдельно в каждую половину, а затем после застывания соединить две детали. Если необходимо точно повторить силуэт модели, резиновые половинки соединяются, закрепляются и в образовавшуюся пустоту с помощью инжектора закачивается горячий воск. Когда он заполнит все пространство и застынет, разбираем силиконовую пресс-форму, достаем восковую модель и подправляем изъяны. Она послужит прототипом для готового изделия из металла.
Четвертый этап: формование
Теперь необходимо сформировать с внешней поверхности восковой фигуры термостойкий прочный слой, который после вытапливания воска станет формой для металлического сплава. Выберем способ литья по выплавляемым моделям с использованием кристобалитовой смеси (модификация кварца).
Формируем модель в металлической цилиндрической опоке (приспособлении, удерживающем формовочную смесь при ее уплотнении). Устанавливаем в опоку припаянную модель с литниковой системой и заливаем смесь на основе кристобалита. Чтобы вытеснить воздушные карманы, помещаем в вибровакуумный аппарат.
Финальный этап
Когда смесь уплотнится, остается выплавить воск и залить в освободившееся пространство металл. Процесс литья по выплавляемым моделям в домашних условиях лучше осуществлять с использованием сплавов, плавящихся при относительно невысоких температурах. Отлично подойдет литейный силумин (кремний + алюминий). Материал износостойкий и твердый, однако отличается хрупкостью.
После заливки расплавленного силумина ждем, когда он застынет. Затем извлекаем изделие из окопки, удаляем литник и очищаем от остатков формовочной смеси. Перед нами – практически готовая деталь (игрушка, сувенир). Дополнительно ее можно отшлифовать и отполировать. Если в канавках намертво застряли остатки литейного производства, их нужно удалить бормашиной или другим инструментом.
Литье по выплавляемым моделям: производство
Немного иначе проводится ЛВМ для изготовления ответственных деталей, имеющих сложную форму и (или) тонкие стенки. На отливку готового металлического изделия может уйти от недели до месяца.
Первый шаг – заполнить воском форму. На предприятиях для этого часто применяют алюминиевую изложницу (аналог рассматриваемой выше силиконовой пресс-формы) – полость, имеющую форму детали. На выходе получают восковую модель чуть больших размеров, чем конечная деталь.
Далее модель послужит основой для керамической пресс-формы. Она также должна быть чуть больше итоговой детали, так как металл после остывания сожмется. Затем, используя горячий паяльник, к восковой модели припаивают специальную литниковую систему (также из воска), по которой раскаленный металл польется в полости формы.
Изготовление керамической пресс-формы
Далее восковую конструкцию опускают в жидкий керамический раствор, называемый шликером. Делается это вручную, дабы избежать дефектов в отливке. Для прочности шликера керамический слой укрепляют напылением мелкого циркониевого песка. Только после этого заготовку «доверяют» автоматике: специальные механизмы продолжают поэтапный процесс напыления более крупного песка. Работы продолжаются, пока керамо-песчаный прочный слой не достигнет заданной толщины (как правило, 7 мм). На автоматизированных производствах на это уходит 5 дней.
Литье
Теперь заготовка готова для выплавления воска из пресс-формы. Ее помещают на 10 минут в автоклав, заполненный горячим паром. Воск растапливается и из оболочки полностью вытекает. На выходе получаем керамическую форму, полностью повторяющую форму детали.
Когда керамо-песчаная форма затвердеет, проводят литье металлов по выплавляемым моделям. Предварительно форму нагревают 2-3 часа в печи, дабы она не потрескалась при заливке раскаленных до 1200 ˚C металлов (сплавов).
В полость формы поступает расплавленный металл, который в дальнейшем оставляют остывать и твердеть постепенно, при комнатной температуре. Для остывания алюминия и его сплавов требуется 2 часа, для сталей (чугуна) – 4-5 часов.
Финишная обработка
Собственно литье по выплавляемым моделям на этом заканчивается. После застывания металла заготовку помещают в специальную вибромашину. От щадящей вибрации керамическая основа растрескивается и осыпается, металлическое же изделие своей формы не меняет. В дальнейшем проходит окончательная обработка металлической заготовки. Вначале отпиливают систему заливки металла, а место ее контакта с основной деталью тщательно шлифуют.
В завершение контролеры проверяют, чтобы размеры изделия соответствовали заданным на чертеже. Алюминиевые детали измеряют холодными (при комнатной температуре), стальные предварительно нагревают в печи. Специалисты используют для контрольно-измерительных работ различные инструменты: от простых шаблонов до сложных электронных и оптических систем. Если выявляется несоответствие параметрам, деталь либо направляют на доработку (исправимый брак), либо на переплавку (неустранимый брак).
Литниковая система
Конструкция литниково-питающей системы играет в ЛВМ ведущую роль. Это связано с тем, что она выполняет три функции:
- При изготовлении оболочек литейных форм и блока моделей литниковые системы являются несущими конструкциями, удерживающими на себе оболочку и модели.
- Через систему каналов литника жидкий металл при заливке подводится к отливке.
- При затвердевании система выполняет функцию прибыли (питающего элемента, компенсирующего усадку металла).
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.
Используемые материалы
Материалы для изготовления оболочки подразделяются на следующие группы: материалы основы, связующие, растворители и добавки. К первым относятся пылевидные, применяемые для приготовления суспензий, и пески, предназначенные для ее обсыпки. Ими служат кварц, шамот, циркон, магнезит, высокоглиноземистый шамот, электрокорунд, хромомагнезит и другие. Широко используется кварц. Некоторые материалы основы оболочки получают в готовом к употреблению виде, а другие предварительно сушат, прокаливают, размалывают, просеивают. Существенным недостатком кварца являются его полиморфные превращения, которые протекают при изменении температуры и сопровождаются резким изменением объема, в итоге приводящим к растрескиванию и разрушению оболочки.
Плавный подогрев форм с целью снижения вероятности растрескивания, который проводят в опорном наполнителе, способствует увеличению длительности технологического процесса и дополнительным энергетическим затратам. Одним из вариантов снижения растрескивания в ходе прокаливания является замена пылевидного кварцевого песка как наполнителя на диспергированный кварцевый песок полифракционного состава. При этом улучшаются реологические свойства суспензии, повышается трещиноустойчивость форм и снижается брак по засорам и пробою оболочек.
Вывод
Метод ЛВМ получил широчайшее распространение. Его применяют для получения сложных деталей в машиностроении, при производстве оружия, сантехники, сувенирной продукции. Для изготовления украшений из драгоценных металлов используют ювелирное литье по выплавляемым моделям.
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.
Как в домашних условиях отливать ювелирные украшения
Здравствуйте дамы и господа, сегодня поговорим про ювелирное литье в домашних условиях. К вашему вниманию представлена демонстрация процесса обращения восковой модели изделия в металл. Я расскажу про изготовление двух колец, одно из серебра, а другое из золота.
- Модельный воск.
- Огнеупорный гипс.
- Силикон.
- Трубки разных диаметров.
- Резцы по воску (несколько ножичков).
- Паяльник.
- Газовая горелка.
- Проволока диаметром около 1,5 мм.
- Борная кислота.
- Лимонная кислота.
- Титановая спица.
Восковая модель
Итак, все начинается с изготовления модели будущего изделия. Для этого используется твердый ювелирный воск. Рекомендую использовать красный, так как на нем лучше всего видно мелкие детали на модели. Я пытался заменить его на обычный воск, парафин, даже на термоклей, и еще не понятно что. Так вот все это ерунда, купите ювелирный воск, поскольку для нормальной работы пригоден только он! Я приобрел небольшое количество с Китая лишь на несколько отливок.
Для изготовления кольца необходимо найти трубку подходящего диаметра. Обматываете нитку или полоску бумаги вокруг пальца и определяете длину окружности. Для этого предлагаю таблицу размеров колец.
На трубку наматываем фольгу, чтобы позже снять восковку. И теперь воск разрезаем на небольшие куски и наплавляем их на трубку. Тут мы взяли в руки паяльник и не скоро его уберем. Смысл в том, что мы формируем «кольцо» из воска на фольге на трубке. Куски между собой сплавляем полностью, а не только кромку.
А теперь идет процесс резьбы по воску и формирования будущего изделия. Для этого я использовал маленькие тонкие ножички и надфили. В целом, весь процесс можно охарактеризовать так: снимаем и отсекаем все лишнее. Воск нельзя срезать, его необходимо как бы скаблить лезвием и надфилем.
После того, как восковка готова ее можно продублировать неограниченное количество раз с помощью силиконовой формы. Этим же методом можно копировать уже готовые кольца. Для Этого восковку, ну либо какое то кольцо, не снимая с трубки, ставим в опалубку из пластилина и заливаем литьевым силиконом. Ага, литьевым, ну тут можно сколхозить и использовать силиконовый герметик.
Когда силикон застынет из него можно вытащить трубку и восковку, далее разрезаем форму с боку. Теперь в нее можно все тем же паяльником вплавлять куски воска и получать точные копии. Это очень удобно, даже если делаете единичное изделие, стоит сделать силиконовую форму, особенно если восковка сложная к повторению. Лично я смог нормально отлить модель только раза с четвертого.
Гипсовая форма
Теперь к восковке прикрепляем литники – проволоку диаметром около 1,5 мм, но не более, позже поймете почему. Для этого можно добавить немного воска в месте крепления литника, а также нагреть проволоку и вставить в кольцо. Далее модель закрепляем на полусфере из пластилина. Литники не стоит делать слишком длинным и тонкими. Также для правильного литья металла необходимо соединить литники между собой все тем же воском. Также в одну гипсовую форму можно поместить две модели.
Теперь гипс. Для этих целей используется специальный огнеупорный гипс с примесью кварцевой муки. Снова колхозим и используем обычный. Если у вас нет цели стать профессиональным ювелиром, и хочется просто отлить одну две модели, то можно время от времени немного отходить от технологии.
Восковку промываем настойкой на спирту из аптеки, мыльной водой и обычной водой.
Также берем трубу диаметром около 4-5 см, ей накрываем восковку и заливаем гипс. Звучит просто, но гипс необходимо замешивать по пропорции; он быстро застывает (5-15 минут), поэтому перемешиваем тоже быстро; и самое главное из него необходимо удалить все пузыри воздуха. Для этого необходим вибростол, желательно с вакуумной камерой. В целом, такой несложно сделать, но оно нам надо разве?
Восковку можно обмазать гипсом кистью, а потом залить в трубе, но тут теряется прочность. Я этого не делаю, и отдаю предпочтение прочности гипсовой формы.
Когда гипс застыл, вытаскиваем пластилин и литники; нужно избавиться от воска. Можно при помощи водяной бани, что правильно, и воск можно собрать и использовать снова. Но я это пропускаю. Так как, в любом случае, гипсовую форму необходимо прокалить, чтобы удалить всю влагу. Я для этого использовал печь на даче. И калил около 2 или 3 часов, все равно ведь топлю, когда там нахожусь. Опять шаг в сторону от профессиональной технологии, но работает, и воск весь выгорает.
Сначала подготовимся. В чашку кладем обычную туалетную бумагу и смачиваем ее так, чтобы при нажатии пальцами вода уже свободно не текла, но все равно дно должно быть довольно влажным. А титановая спица нужна, чтобы перемешивать расплавленный метал, который не будет окисляться, разве, что только титаном. Начинаем с того, что прогреваем опоку горелкой.
Для литья используется серебряный лом, я переплавил оборванные цепочки. Закидываем их в ту полусферу и начинаем греть горелкой. Когда метал начинает краснеть, засыпаем немного борной кислоты, это флюс, который не дают серебру окисляться, оно вообще не любит кислород в расплавленном состоянии. Серебро сплавляется в каплю и за счет поверхностного натяжения не стекает в литники. Когда максимально прогрели серебро, накрываем опоку чашкой и прижимаем. Вода из туалетной бумаги закипает и вдавливает метал в литники. После достаем изделие.
Обработка и полировка
Откусываем или спиливаем литники и нагреваем изделие до красна и опускаем в раствор лимонной кислоты, чтобы снять остаточное напряжение. И кипятим этот раствор. Кипящая лимонная кислота работает как настоящая кислота и разъедает весь шлак.
Теперь заготовку можно обрабатывать наждачной бумагой. Начинаем с грубой 600 и движемся в сторону увеличения зерна, я дохожу до 2500. А после полируем пастой ГОИ.
На этом все, так можно отливать любые ювелирные украшения. В статье я уделил больше внимания воску и литью, и лишь кратко рассказал об обработке, так как в этом ничего сложного и хитрого нет.
Читайте также: