Литейные формы своими руками
ТехноБлог Dimanjy
Изготовление литейных форм для литья алюминия
Я уже немного рассказывал в своем ТехноБлоге Dimanjy про плавку алюминия в домашних условиях, но сама по себе плавка алюминия не является самоцелью. Наша цель — отливка деталей из алюминия, а для этого нужно сперва изготовить так называемую литейную форму. Литейные формы для литья алюминия могут изготавливаться из множества различных материалов. На промышленных предприятиях для крупносерийного производства обычно применяют металлические литейные формы, но изготовить такую в домашних условиях своими руками крайне проблематично, особенно для сложной детали. Поэтому самым благодарным материалом для изготовления литейных форм для литья алюминия в домашних условиях является гипс. Именно о нем и пойдет речь в данной статье.
Подходящий гипс для самостоятельного изготовления литейных форм можно найти практически на любом строительном рынке или даже в хозяйственном магазине по доступной цене. Наилучшей маркой гипса является Г-16, но это уже скульптурный гипс, и найти его трудно. В магазинах обычно можно найти белый гипс марки Г-7. Стоит, однако, предупредить, что вместо гипса вам могут предложить алебастр. Алебастр не подходит для изготовления форм для литья алюминия! Нужен именно белый гипс.
Итак, все, что нам потребуется для изготовления нашей первой литейной формы — это гипс Г-7 (для начала хватит даже мешка 3 кг ценой
60 рублей), пачка обычного пластилина из детского магазина, немного плотного картона и скотч, а также небольшие листы оргстекла или какого-либо пластика для изготовления опалубки (подойдет даже ламинированная ДСП или фанера; главное, чтобы гипс хорошо от нее отходил). Также нам потребуется несколько парафиновых/стеариновых (или из чего их там делают) свечей для изготовления модели самой детали, которую мы будем отливать из алюминия. Я купил себе целый пакет (штук 20, наверное) свечей в соседнем хозяйственном магазине.
Материалами запаслись — приступаем к делу. Сперва нужно изготовить модель нашей детали, для которой мы будем делать литейную форму. Модель детали — это точная копия будущей детали из алюминия, только сделанная из другого материала. Самый простой и доступный способ — вырезать модель детали из парафина/стеарина (в общем, из растопленной свечки). Этот материал вполне неплохо держит форму и очень легко обрабатывается любым инструментом. Кладем нужное количество свечей в обрезанную сверху банку из под пива (да, забыл включить литрушечку пивка в перечень материалов ) и заправляем все это в нашу муфельную печь. (Как, вы еще не обзавелись муфельной печью?! Скорее идем по ссылке на ТехноБлог Dimanjy и делаем муфельную печь своими руками!).
Надо сказать, что процесс растопки свечей в 4-ех киловаттной муфельной печи без терморегулятора — это тот еще геморрой! Нужно сидеть и постоянно включать и выключать печку, чтобы спираль ТЭНа не успела разогреться до 1000°C. Настоятельно рекомендую — обзаведитесь терморегулятором для своей муфельной печи — сэкономьте электроэнергию, а главное — свои нервы!
После того, как свечи расплавятся, вынимаем банку из муфельной печи и даем ей немного остыть. Свечи сейчас слишком горячие и слишком жидкие — как водичка. Они будут оставаться жидкими и при более низкой температуре, а пока они остывают, мы как раз успеем изготовить из картона коробочку, в которую выльем наш парафин/стеарин. Стенки коробочки плотненько обматываем скотчем, чтобы она случайно не раскрылась. Стараемся заклеить все щели, иначе вся наша свечка вытечет через них. Если это случится, то соскребаем свечку с пола и плавим ее заново в нашей муфельной печи. Не беда, если в свечку попадет мусор — он весь осядет на дне пивной банки.
Выливаем расплавленные свечи в нашу картонную форму и даем ей остыть. Остывает свеча очень долго. Даже если кажется, что все затвердело, внутри парафин/стеарин может быть еще жидким. Я заливал свечу вечером и лишь на следующее утро приступал к изготовлению модели детали. Хотя, конечно, все зависит от размеров.
Также нужно помнить, что при застывании свечи дают очень заметную усадку. Посреди формы образуется глубокая воронка. Поэтому растапливайте свечи с большим запасом, потому как очень многое потом придется обрезать для получения ровного прямоугольного брусочка.
Получив таким образом парафиновый кирпичик, можно приступать к изготовлению модели нашей будущей детали. Т.к. парафин очень мягкий, то его можно резать даже детскими пластмассовыми резцами, которые можно купить в магазине игрушек рядом с пластилином и пластиком для лепки. Также незаменим в этом деле обычный ножичек.
Сразу хочу предупредить, что процесс вытачивания модели будущей алюминиевой детали из парафина вручную крайне трудоемкий и требует большой выдержки и сноровки. И даже счастливые обладатели прямых рук, потратив целый день на выпиливание, могут быть слегка разочарованы — точную деталь вручную вырезать практически нереально! Если же вы хотите изготовить некую скульптурную композицию, то тогда ручной труд оправдан, ведь вы вкладываете в изделие частицу своей души, да и природа не терпит прямых линий. Однако для изготовления алюминиевых деталей технического назначения лучше использовать более точную технику. Например настольный станок с ЧПУ (числовым программным управлением), который способен вытачивать сложнейшие детали с высокой точностью. Все, что от вас потребуется — это просто нарисовать деталь на компьютере.
Получив парафиновую модель нашей будущей детали, мы, наконец, приступаем к изготовлению литейной формы для литья детали из алюминия. Для этого вокруг модели нужно сгородить опалубку из листов оргстекла, склеив их пластилином и промазав им же все швы.
На дно получившегося «аквариума» помещается модель детали. Очень желательно ее также прикрепить ко дну небольшим пластилиновым шариком, иначе выливаемый в опалубку раствор гипса может сместить модель, и форма получится кривая (у меня сперва так и получилось).
Все готово к заливке гипса. Замешивать гипс можно в старой кастрюле. Воды нужно добавить ровно столько, чтобы получить консистенцию очень жидкой сметаны или кефира. Помним, что гипс очень быстро начинает схватываться, поэтому делать все нужно достаточно бодро. Важно точно прикинуть количество гипсового порошка, чтобы при заливке наша модель полностью погрузилась в гипс. Если не хватит раствора, то домешивать и доливать крайне не желательно. Форма тогда получится неоднородной, а то и вовсе развалится. Лучше сразу намесить немного лишнего — гипс не такой дорогой, чтобы его экономить.
Итак, выливаем гипсовый раствор в недра нашей опалубки. Для наглядности я прилепил сбоку небольшую пластилиновую полоску, чтобы было видно, до какого уровня нужно заливать гипс. После заливки нужно хорошенько потрясти «аквариум», чтобы из раствора вышли лишние пузыри и гипс заполнил все полости и закутки нашей парафиновой модели. Некоторые для этого используют специальный вибрационный стол. Для его изготовления подойдет обычный электродвигатель с болванкой на валу, установленной со смещением центра тяжести. Но я просто потряс опалубку руками, т.к. делать вибростол мне пока лень, да и нет времени.
Гипс уже через несколько минут начинает схватываться, поэтому слишком долго трясти нельзя. Отвердевающий гипс начинает нагреваться под действием химической реакции. Разбирать опалубку можно уже тогда, когда этот нагрев пойдет на спад. Но лучше не торопиться и просто подождать, когда поверхность гипса остынет — это не займет много времени.
После разборки опалубки края получившейся литейной гипсовой формы желательно обработать ножиком, чтобы они приняли гладкую округлую форму.
Следующим этапом в изготовлении гипсовой литейной формы будет вытапливание парафина/стеарина, который остался закован в гипсе. Для этого можно гипс разогреть до температуры плавления свечки, и она вытечет в поддон, на который необходимо положить форму. Но есть более надежный способ, хотя и не самый «чистый» — кипячение гипсовой формы в воде, при котором весь парафин/стеарин всплывает на поверхность воды, как жир в супе. Этот способ практически исключает неполное вытапливание свечки и полностью очищает внутреннюю поверхность гипсовой формы от парафина/стеарина, однако мыть потом кастрюлю замотаешься!
После вытапливания свечки гипсовую форму можно сразу начинать активно сушить. Для сушки гипсовых форм можно воспользоваться обычной кухонной духовкой или же использовать муфельную печь, но только исключительно с терморегулятором! Если сушить гипсовые литейные формы в муфельной печи без терморегулятора, то тонкие части формы могут попросту перегореть и осыпаться, как показано на рисунке ниже.
В общем, в работе со своей муфельной печью я неоднократно убедился, что без хорошего терморегулятора мне не обойтись. Именно поэтому первое изделие, которое я решил выплавить из алюминия — это корпус для терморегулятора муфельной печи, который будет одновременно радиатором для силовых симисторов, управляющих ТЭНами.
Как бы то ни было, но моя первая гипсовая форма для литья алюминия готова. Позднее я подробнее расскажу о тех граблях, которые возникают при литье алюминия в гипсовые формы, по которым мне лично довелось пройтись. Надеюсь, это поможет вам избежать моих ошибок.
В общем, следите за обновлениями!
Обновление на ТехноБлоге Dimanjy!
На практике делать формы из чистого гипса нельзя! Дело в том, что в затвердевшем гипсе на молекулярном уровне заперта вода, которую никаким нагреванием не выпарить. При заливке алюминия в такую гипсовую форму вода начинает в любом случае высвобождаться и алюминий начинает бурлить, что сильно портит выплавляемую деталь.
На рисунке видно, что из абсолютно сухой (на вид) формы сразу после заливки начинает сочиться вода и идти пар. Это может быть очень опасно, если вы забыли надеть защитные очки. Алюминий также начинает булькать и выплескиваться из формы. А далее видна отлитая с таким бурлением деталь. Газы в итоге не только испортили поверхность, но и проделали довольно большую воронку. Кроме того, если сделать надпил в такой детали, то мы также сможем столкнуться со следами внутренней газификации алюминия — большое число раковин, неравномерная структура. Одним словом — брак. Такое годится только для не ответственных деталей, там, где потом можно зашпатлевать и закрасить.
А вот и рецепт, который позволит избежать такого нежелательного эффекта: при замесе гипсового раствора нужно просто добавить 50% мелкого песка.
Литье в домашних условиях. Литейная форма. Как сделать форму для литья
Литейная мастерская дома
Как-то мне довелось наблюдать за работой мастера литейщика. Простота, с которой из металла получались детали самой замысловатой формы, произвела на меня впечатление. А в дальнейшем я пришел к убеждению, что освоить хотя бы простейшие приемы литья необходимо каждому для исполнения фантазий, неизбежно возникающих, например, при оборудовании катера.
Теперь я уже могу делиться опытом. Конечно, речь идет лишь о том, чтобы в домашних условиях более или менее свободно распоряжаться самым доступным, удобным и легким материалом — алюминием, а говоря правильнее, его сплавами, в первую очередь литейными (типа силуминов). Как бы то ни было, теперь я не выбрасываю ни одной пробки от пивных бутылок, на улице не могу пройти мимо обрывков алюминиевой проволоки или обрезков листа. Из всего этого можно, в конце концов, получить великолепные утки, кнехты, уключины, киповые планки, различные петли и оковки, кронштейны, брештуки и т. д. и т. п. вплоть до гребных винтов. А литье мормышек будет и вовсе ерундовым делом!
Оборудование литейной мастерской в домашних условиях
Оборудование домашней литейной мастерской изготовить очень просто. Во-первых, нужен ящик для хранения формовочной земли. Я держу землю в сарае в дощатом переносном ящике 320х380х540 с крышкой. Существуют различные рецепты формовочных смесей (песок, глина и те или иные добавки), но для получения из алюминия деталей небольших размеров вполне можно пользоваться самым обычным кремнеземом — мягкой землей темно-коричневого цвета, бархатистой наощупь. В такой земле на берегах устраивают гнезда стрижи. Конечно, земля должна быть тщательно просеяна, очищена от посторонних примесей, особенно — от корешков растений.
Первым дополнением к ящику должны быть сито и коротенькая деревянная лопатка для укладки земли в опоку. Далее необходимо обзавестись «хирургическим набором» — пинцетами, скальпелями, различными крючками.
Многое делается из проволоки и полосок металла уже в процессе работы. Наиболее трудоемкий в изготовлении инструмент — мастерок; он должен быть обязательно из хорошей стали с гладко отшлифованной поверхностью (я использовал пружину от старого патефона). Насадить на ручку кусочек прямой стальной проволоки нетрудно — получится шило («вентиляционная игла») для накалывания газовыходных отверстий. И уж совсем просто вырезать из дерева трамбовочку для уплотнения земли. Понадобятся еще кисточка и щетка, но и это — не проблема.
Литейная форма. Как сделать форму для литья
Литейная форма состоит из двух частей. Соответственно формовка ведется в двух рамах — опоках, представляющих собой две неравные по высоте части ящика без дна и без верха, уложенные на прочный щит — подставку. Естественно, размеры опок зависят от размеров формуемой детали; в общем случае длина и ширина опоки L и В должны быть вдвое больше длины я ширины детали.
Из толстых нестроганых досок изготовляем жесткий ящик из четырех стенок высотой, равной размеру Н. Перевернув ящик, в любых двух противоположных стенках высверливаем два строго вертикальных отверстия Ø10 на глубину не менее 1,5h1 под фиксирующие стержни-коксы.
Теперь можно произвести разметку линии разъема (А—А на эскизе) и продольной пилой разрезать ящик на две части — нижнюю опоку высотой h1 и верхнюю опоку высотой h2. Чтобы в дальнейшем собирать опоки точно так, как они были сделаны, на одной стенке нужно на обеих опоках поставить метки. Точная фиксация положения опок друг относительно друга достигается тем, что в стенки нижней вставляются (на клею) выступающие вверх деревянные стержни-коксы, которые при сборке входят в ранее просверленные гнезда в стенках верхней опоки.
Собственно конечная цель формовки состоит в том, чтобы в формовочной земле получилась полость, которая соответствовала бы размерам и форме отливаемой детали. Чтобы обеспечить такое соответствие, приходится или добывать готовую деталь-образец или делать ее точную копию в натуральную величину (плюс небольшой припуск на усадку металла) — модель. В моей практике чаще всего модели приходилось делать из пенопласта с обязательной шпаклевкой и окраской или мягких пород дерева; ясно, что с легко поддающимся обработке материалом дело иметь приятнее!
В общем случае отпечаток — углубление на половину высоты модели делается в нижней форме, а на другую половину — в верхней; после переворачивания верхней половины и укладки ее на нижнюю и образуется полость, пригодная для заливки. Рассмотрим подробнее такой вариант формовки.
На щит-подставку укладываем нижнюю опоку и засыпаем слой слегка увлажненной формовочной земли. Утрамбовав его, засыпаем второй слой вровень с верхними краями опоки и затем посередине ее вдавливаем в землю модель на половину высоты ее сечения. Вначале трамбовкой аккуратно, чтобы не задеть модель, уплотняем землю по всей площади и особенно вокруг модели, а затем мастерком заглаживаем (железним) поверхностный слой. В удобном месте ставим вертикально литник — деревянный конус, создающий в дальнейшем воронкообразную полость для заливки металла и создания в форме некоторого давления.
Берем толченый древесный уголь и посыпаем всю поверхность земли через сито; излишки сдуваем (наиболее грязный и потому опасный момент работы — могут быть недовольны домашние!). Надеваем на коксы соответственно меткам верхнюю опоку и начинаем засыпать ее землей. Для получения высококачественной отливки с гладкими стенками первый слон земли пропускаем через сито и уплотняем особо тщательно. Забиваем опоку землей, последовательно засыпая и утрамбовывая слой за слоем, железним поверхностный слой мастерком.
Зная, как внутри литейной формы расположена модель, в нескольких местах прокалываем газоотводные отверстия через всю толщу земли; при этом должно чувствоваться соприкосновение конца иглы с моделью. Если этого не сделать, воздух не даст металлу заполнить форму, отливка не состоится. Кстати сказать, так у меня сначала и получалось. Я, очевидно, не заметил, когда молчаливый мастер, дававший мне первые уроки литейного дела, прокалывал эти отверстия, и не сделал их. Долго пришлось ломать голову, но зато когда сообразил — был очень доволен, и все пошло на лад.
Вынимаем вверх литник и обрабатываем образовавшееся конусное отверстие, расчищая его от обвалившихся комков земли. Наступает один из самых ответственных моментов. Необходимо осторожно поднять, сняв с коксов, верхнюю опоку и поставить ее на ребро где-нибудь в стороне. Прорезаем скальпелем и утрамбовываем узкий канал — проход для металла от литника к заполняемой полости. Осторожно извлекаем модель из земли, тщательно сдувая осыпавшуюся землю с формы.
Одна из сложностей дела и состоит в том, чтобы модель свободно выходила из земли, оставляя четкий и чистый оттиск без существенного обваливания кромок земляной формы. Иногда, особенно если модель используется многократно, приходится специально видоизменять ее форму, добиваясь получения чистого оттиска с неповрежденными кромками. По этому поводу в книге И. С. Денисова «Сборка литейных форм» написано: «Чтобы облегчить извлечение модели из формы вертикальные стенки делаются с некоторым уклоном, называемым формовочным. Величина формовочного уклона зависит от высоты вертикальных стенок, материала модели, способа формовки и др. (см. ГОСТ 3212-57). Для деревянных моделей величина уклона лежит в пределах от 0°15′ до 3°, для металлических — от 0°5′ до 1°30’».
Пожалуй, уместно подчеркнуть, что рассматриваемая схема формовки далеко не единственная. Можно, например, сделать модель лишь на половину высоты детали, симметричной относительно плоскости разъема. Такая половина укладывается на ройный с гладкой поверхностью щит (подмодельная доска), затем на щит строго по разметке по очереди ставятся и набиваются обе опоки.
Если в детали должно быть отверстие, высверливать которое в отливке по каким-либо причинам неудобно, можно получить его при литье — уложив при сборке формы так называемый стержень. В простейшем случае стержень представляет собой отдельно отформованный из жирной глинопесчаной смеси цилиндр, внешний диаметр которого соответствует диаметру отверстия в готовой детали. Ясно, что, видоизменяя форму стержня, можно получить сквозную полость и любого другого вида.
Вернемся теперь к той стадии работ, на которой мы остановились, — разборке формы. Когда я впервые разделил опоки и вынул модель, меня просто поразило свойство земли копировать буквально все имеющиеся на модели штрихи. Если на шлифованной поверхности модели сделать гравировку или поставить знак фирмы, все будет точно запечатлено на алюминиевой отливке!
Теперь обе части формы оставляем для полной просушки земли и особенно — поверхностного слоя (иначе произойдет вскипание металла). Не забудьте прикрыть готовые формы, чтобы по ним не прогулялся кот или ими не заинтересовались дети.
Процесс литья
Когда земля просохла, еще раз осматриваем обе рабочие поверхности и собираем форму окончательно. Главное, чтобы при этом комочки земли не попали в литейную полость — собственно форму или в каналы, подводящие металл. Важно еще, чтобы по плоскости разъема формы не мог прорваться газ и жидкий металл. Однажды я поторопился и из-за небрежности допустил образование свища, т. е. полости-щели. Вылил металл в форму, а он у меня через этот свищ — за борт опоки. Собрать разлившийся металл никак не могу, а температура изрядная, да на беду подтопочный лист был выкрашен масляной краской, так что дыма оказалось много.
Теперь для гарантии я всегда промазываю стык по разъему опок глиной или цементом. Но вообще-то, когда все идет нормально, больших неприятностей литье на кухне не вызывает. Печь топится нормально и без какого-либо перекала, только дрова в этот день выбираю посуше.
Металл плавлю в банке из черной жести (из-под краски), однако удобнее, наверное, будут эмалированные емкости (чем толще стенки, тем лучше). Готовность металла определяю по цвету и, в основном, при помощи кочерги; если при помешивании металл прилипает к ней, считаю, что разогрев еще недостаточен. Для извлечения емкости с металлом из печи надо иметь кузнечные щипцы с хорошим захватом и брезентовые рукавицы.
Одним словом — ничего особо сложного. Если что иногда и подводит, так это спешка, весьма опасный враг во многих случаях жизни.
Дальнейшее тоже не вызывает затруднений; извлекаем остывшую деталь из земли, обрубаем лишнее и обрабатываем. Отмечу только, что перед извлечением детали нужно притащить поближе ящик для хранения земли, имеющуюся там землю спрыснуть водой, а уже потом в нее выколачивать горячую землю из формы; затем, убрав деталь, необходимо хорошо перемешать землю, пусть она вся возьмется паром, и плотно закрыть крышку ящика. Готовность (по влажности) земли к новой формовке определяется так: берем горсть земли и сжимаем ее в кулаке, образовавшийся комок не должен рассыпаться.
Должен сказать, литье — дело увлекательное. Стоит раз заняться и испытать радость удачи, как вы все чаще будете «призывать на помощь» ящик с землей. Начните с малого. Затем возрастающие потребности заставят вникнуть в суть литейного дела более глубоко. Лично у меня сейчас на очереди довольно сложное литье деталей диафрагменной помпы. Рекомендую раздобыть книгу «Сборка литейных форм» И. С. Денисова (Профтехиздат, 1963 г.), в которой можно найти ответы почти на все вопросы, встающие перед новичком, овладевающим литейным делом.
Литье алюминия в домашних условиях: изготовление форм, технологический процесс
В детстве многие пробовали плавить свинец. Материал можно было найти в отработанных аккумуляторах. Он быстро плавился в костре и хорошо выливался в простые формы. Литье алюминия в домашних условиях также возможно. Этот металл более практичен и представляет определенный интерес для самобытных мастеров. Однако для литья необходимо обеспечить в два раза большую температуру, и пламени костра для этого будет недостаточно.
Алюминий: характеристики
Этот металл до открытия и внедрения доступного способа промышленного получения считался драгоценным. На определенном историческом этапе он был дороже золота. Его свойства могли быть использованы во многих отраслях. Алюминий – легкий и пластичный материал. Он поддается штамповке, гнется, хорошо льется в сложные формы, особенно под давлением. Температура его плавления составляет 660 °C, ее можно достигать и без промышленного оборудования. А значит, литье алюминия в домашних условиях вполне возможно.
Кому это пригодится? Алюминий – материал проверенный. Из него изготавливали и посуду, и детали для авиационной и космической промышленности. Отливки, обладающие хорошей теплопроводностью, коррозионной стойкостью и приемлемой прочностью, ценят любители мастерить. Материал подойдет для изготовления сувениров, декоративных элементов утвари, для ремонта или восстановления деталей и узлов в технике.
Литье алюминия в домашних условиях
Достичь температуры плавления без использования промышленных технологий можно различными способами. В старину кузнецы ковали сталь и разогревали ее энергией сжигаемого угля. Это первый вариант, но для его реализации понадобится печь с принудительной подачей воздуха.
Второй вариант – использование природного, или сжиженного газа. Процесс можно организовать в самодельной печи. Есть и другая возможность, если объемы плавки незначительны. В этом случае можно использовать бытовую газовую плиту.
Литье алюминия в домашних условиях также можно организовать, если в хозяйстве имеется ацетиленовый генератор и резак. Подойдет и вариант с электрической муфельной печью. Такое оборудование уже можно отнести к промышленному. Но если нет желания изготавливать печь, его вполне реально взять напрокат и заказать услугу оператора.
Технологический процесс
В принципе, должна моделироваться ситуация промышленного литья с оговоркой на домашние условия. В любом случае необходимо подготовить сырье. Лом алюминия очищают от грязи, сторонних примесей, всевозможных наполнителей. Крупные части измельчают до нужного размера.
Технология литья алюминия состоит из нескольких этапов. Подготовленный лом плавят выбранным способом. При достижении текучей фазы с поверхности расплава снимается шлак. На завершающей фазе форма заполняется жидким металлом. Одноразовая форма разбивается после остывания.
Предварительно нужно определиться, что предстоит отлить. Даже если это пробная попытка плавки, есть смысл подготовить хоть какую-то форму. А вдруг удастся достичь нужной температуры? Интересно же увидеть результат плавки и оценить результаты: внешний вид, пористость, чистоту. Любой опыт, даже неудачный, пойдет на пользу.
Условия и необходимое оборудование
При плавке вторичного сырья обгорает покрытие, выделяются испарения, есть задымленность. Работать в условиях закрытого помещения без интенсивно функционирующей вытяжки проблематично. Лучший вариант – открытое пространство.
Даже в этом случае будет полезен дополнительный источник вентиляции. Формовочное литье алюминия в пенопласт сопровождается интенсивным выделением продуктов горения. Вентилятор с боковым обдувом рабочего места будет удалять едкий дым, что обеспечит нормальные условия для литья.
Оборудованное и хорошо продуманное в организационном плане рабочее место также важно. Желательно иметь в качестве основы на столе листовой металл или другую поверхность, не поддающуюся воздействию высокой температуры расплавленного алюминия. Вероятность брызг и пролива жидкой массы высока. Помня это, следует задуматься о необходимости проведения работ в условиях жилого помещения.
Самодельная печь для плавки
Проще всего взять несколько огнеупорных кирпичей и выложить из них очаг. Это удобно делать в подходящей металлической емкости (старая кастрюля), которая будет использована в качестве каркаса. Сбоку делается отверстие для подведения патрубка подачи воздуха. Можно приспособить подходящий по диаметру отрезок металлической трубы. К нему подключают шланг пылесоса, фен или другое подающее воздух устройство.
Внутрь закладывается древесный (каменный) уголь. Разжигается огонь, включается подача воздуха. Сосуд, где будет плавиться алюминий, устанавливается внутрь печи. С боков он также обкладывается углем. Желательно на печь сделать крышку, чтобы тепло не уходило напрасно, а оставить лишь отверстие для отвода дыма.
В идеале топливник делают цельным с овальным сводом. Используют специальные смеси для кладки жаропрочного кирпича и футеровки печей. Такую конструкцию вполне можно соорудить из старого ведра. Внутренний свод формируют, используя пластмассовые цветочные горшки подходящего размера. Внутрь массы для армирования можно вмуровать металлическую сетку. После застывания смеси получится добротная печь, способная выдержать не одну плавку.
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.
Банка с сырьем для плавки помещается внутрь другой жестянки и устанавливается на распорках таким образом, чтобы снизу до дна и с боков до стенок был зазор 5-10 мм. Вторая банка, соответственно, должна быть большего диаметра. В ней снизу проделывается отверстие (диаметром 3-4 см) для подвода струи пламени. Рассекатель с горелки газовой плиты снимается.
Поджигается пламя. Конструкция устанавливается строго над его фитилем. Пламя должно проходить внутрь и греть только жестянку с ломом. Банка большего диаметра играет роль оболочки и удерживает тепло внутри. Сверху проем прикрывается, оставляется лишь зазор для выхода продуктов горения. Интенсивность горения регулируется.
Тигель и вспомогательное оборудование
Жестяная банка одну плавку выдержит. Дальнейшее ее использование возможно, но уже с риском быть прожженной. В таком случае расплавленный алюминий рискует попасть внутрь плиты, что чревато не только забиванием сопел горелки.
Для работы в печи, работающей на угле или сжиженном газе, да и вообще для многоразовых плавок, желательно изготовить специальную емкость – тигель. Ее делают из стали. Подойдет отрезок трубы с заваренным дном. Хороший вариант получается из обрезанного огнетушителя или малогабаритного кислородного баллона с овальным сводом. Желательно сделать боковой желоб для удобства выливания тонкой струи.
Какое дополнительное оборудование для литья алюминия может понадобиться? Пригодятся надежные пассатижи или их вариант с фиксаций зажима. В идеале тигель можно оборудовать по принципу промышленных образцов: с боковыми захватами съемного подвеса и нижним фиксированным упором для удобства его переворачивания. Нужна ложка с длинной рукоятью для снятия шлака с поверхности расплава.
Простые формы
Какие есть способы литья алюминия? Проще всего вылить расплавленный металл в металлическую форму: старую кружку, сковородку, консервную банку. После остывания болванку извлекают. Проще это сделать, если обстучать еще не остывшую форму. Если на ней были рифленые бортики или обратные углы, каркас придется разрезать. Можно вылить слегка остывшую каплю металла просто на подготовленную несгораемую поверхность. Такие способы называют открытыми.
Если есть необходимость сделать особую отливку, сначала нужно приготовить для нее форму по размеру. Чтобы металл после остывания приобрел четкие очертания, делают закрытые формы из двух или более составных частей. Одна из них является основной, а другая обычно формирует свод или боковую поверхность. В ней делают отверстия. Часто сверху над ними добавляют еще одну часть формы – воронкообразные летники для удобства.
Материал
Формы для литья алюминия в зависимости от способа можно изготавливать по разной технологии. Есть несколько простых вариантов. Для открытой заливки в простую форму часто используют просеянную землю (кремнезем). Ее укладывают слоями и трамбуют. После извлечения формирующего элемента земля держит форму и выдерживает заливку. Такой материал простой и дешевый в использовании.
Есть мастера, которые льют алюминий в песок. При замешивании используют жидкое стекло (силикатный клей). Есть информация об использовании цемента. Смесь замешивается, как ни странно, на тормозной жидкости. Разминается руками и протирается через сито, чтобы не было комков. Консистенция должна быть такая, чтобы при сжимании в кулаке формировался комок. При трамбовке песок и цемент хорошо удерживаются внутри опоки и повторяют даже мелкие детали формы заготовки.
Изготовление сложных форм
Отливки сложной конфигурации делают по другой методике. Чаще всего материалом служит гипс (алебастр). Формы без обратных углов и поднутрений могут быть разборными и состоять из двух или более частей. Долго они не прослужат, но несколько отливок вполне реально получить.
Сложный узел или декоративную объемную модель можно изготовить один раз, при этом форму придется разбивать. Есть два метода в работе. Можно изготовить восковую (парафиновую) модель, залить ее гипсом. Позже в процессе интенсивной сушки этот материал расплавится и выльется через летники.
Литье алюминия в гипсовую форму по пенопласту предполагает изготовление из этого материала макета будущей отливки. Он заливается подготовленной смесью и уже не извлекается. Расплавленный алюминий заливается поверх. Температура металла плавит пенопласт, он испаряется в процессе, а жидкий алюминий заполняет освободившееся при этом пространство.
Ошибки при литье
Изготовление форм из гипса – удобный и недорогой способ. Но в материале имеется влага. При естественной сушке она остается. При заливке расплавленного металла влага начинает интенсивно испаряться. Даже интенсивная сушка в духовке не гарантирует ее полное отсутствие. В зависимости от количества оставшейся влаги в форме отливка алюминия может иметь мелкие раковины или большие застывшие пузыри и кратеры.
Если металл был недостаточно разогрет или перед заливкой он успел остыть, алюминий плохо выливается и не заполняет объем формы. Фактически образуется капля, которая не имеет достаточной текучести. То же самое может случиться и при использовании небольшого объема металла в холодной форме. Алюминий быстро отдает тепло и не успевает растечься.
Бывалые мастера не рекомендуют погружать отливку в воду для ускорения ее остывания. В таком материале возможно нарушение внутренней структуры и появление микротрещин. Для последующей токарной обработки такие заготовки могут не подойти.
Безопасность
Технологический процесс предполагает использование открытого огня, что накладывает дополнительные ограничения. Есть смысл проверить наличие средств пожаротушения, исправность газовых приборов, вентиляцию в помещении.
Работа с расплавленным металлом – опасный технологический процесс. Все операции должны проводиться с соблюдением правил техники безопасности. Обязательны спецодежда и средства защиты органов дыхания и зрения.
Изготовление литейных форм для литья алюминия.
Я уже немного рассказывал про плавку алюминия в домашних условиях , но сама по себе плавка алюминия не является самоцелью. Наша цель — отливка деталей из алюминия, а для этого нужно сперва изготовить так называемую литейную форму. Литейные формы для литья алюминия могут изготавливаться из множества различных материалов. На промышленных предприятиях для крупносерийного производства обычно применяют металлические литейные формы, но изготовить такую в домашних условиях своими руками крайне проблематично, особенно для сложной детали. Поэтому самым благодарным материалом для изготовления литейных форм для литья алюминия в домашних условиях является гипс. Именно о нем и пойдет речь в данной статье.
Подходящий гипс для самостоятельного изготовления литейных форм можно найти практически на любом строительном рынке или даже в хозяйственном магазине по доступной цене. Наилучшей маркой гипса является Г-16, но это уже скульптурный гипс, и найти его трудно. В магазинах обычно можно найти белый гипс марки Г-7. Стоит, однако, предупредить, что вместо гипса вам могут предложить алебастр. Алебастр не подходит для изготовления форм для литья алюминия! Нужен именно белый гипс.
Итак, все, что нам потребуется для изготовления нашей первой литейной формы — это гипс Г-7 (для начала хватит даже мешка 3 кг), пачка обычного пластилина из детского магазина, немного плотного картона и скотч, а также небольшие листы оргстекла или какого-либо пластика для изготовления опалубки (подойдет даже ламинированная ДСП или фанера; главное, чтобы гипс хорошо от нее отходил). Также нам потребуется несколько парафиновых/стеариновых (или из чего их там делают) свечей для изготовления модели самой детали, которую мы будем отливать из алюминия. Я купил себе целый пакет (штук 20, наверное) свечей в соседнем хозяйственном магазине.
Материалами запаслись — приступаем к делу. Сперва нужно изготовить модель нашей детали, для которой мы будем делать литейную форму. Модель детали — это точная копия будущей детали из алюминия , только сделанная из другого материала. Самый простой и доступный способ — вырезать модель детали из парафина/стеарина (в общем, из растопленной свечки). Этот материал вполне неплохо держит форму и очень легко обрабатывается любым инструментом. Кладем нужное количество свечей в обрезанную сверху банку и заправляем все это в муфельную печь .
Надо сказать, что процесс растопки свечей в 4-ех киловаттной муфельной печи без терморегулятора — это тот еще геморрой! Нужно сидеть и постоянно включать и выключать печку, чтобы спираль ТЭНа не успела разогреться до 1000°C. Настоятельно рекомендую — обзаведитесь терморегулятором для своей муфельной печи — сэкономьте электроэнергию, а главное — свои нервы!
Надо сказать, что процесс растопки свечей в 4-ех киловаттной муфельной печи без терморегулятора — это тот еще геморрой! Нужно сидеть и постоянно включать и выключать печку, чтобы спираль ТЭНа не успела разогреться до 1000°C. Настоятельно рекомендую — обзаведитесь терморегулятором для своей муфельной печи — сэкономьте электроэнергию, а главное — свои нервы!
После того, как свечи расплавятся, вынимаем банку из муфельной печи и даем ей немного остыть. Свечи сейчас слишком горячие и слишком жидкие — как водичка. Они будут оставаться жидкими и при более низкой температуре, а пока они остывают, мы как раз успеем изготовить из картона коробочку, в которую выльем наш парафин/стеарин. Стенки коробочки плотненько обматываем скотчем, чтобы она случайно не раскрылась. Стараемся заклеить все щели, иначе вся наша свечка вытечет через них. Если это случится, то соскребаем свечку с пола и плавим ее заново в нашей муфельной печи . Не беда, если в свечку попадет мусор — он весь осядет на дне пивной банки.
Выливаем расплавленные свечи в нашу картонную форму и даем ей остыть. Остывает свеча очень долго. Даже если кажется, что все затвердело, внутри парафин/стеарин может быть еще жидким. Я заливал свечу вечером и лишь на следующее утро приступал к изготовлению модели детали. Хотя, конечно, все зависит от размеров.
Также нужно помнить, что при застывании свечи дают очень заметную усадку. Посреди формы образуется глубокая воронка. Поэтому растапливайте свечи с большим запасом, потому как очень многое потом придется обрезать для получения ровного прямоугольного брусочка.
Получив таким образом парафиновый кирпичик, можно приступать к изготовлению модели нашей будущей детали. Т.к. парафин очень мягкий, то его можно резать даже детскими пластмассовыми резцами, которые можно купить в магазине игрушек рядом с пластилином и пластиком для лепки. Также незаменим в этом деле обычный ножичек.
Сразу хочу предупредить, что процесс вытачивания модели будущей алюминиевой детали из парафина вручную крайне трудоемкий и требует большой выдержки и сноровки. И даже счастливые обладатели прямых рук, потратив целый день на выпиливание, могут быть слегка разочарованы — точную деталь вручную вырезать практически нереально! Если же вы хотите изготовить некую скульптурную композицию, то тогда ручной труд оправдан, ведь вы вкладываете в изделие частицу своей души, да и природа не терпит прямых линий. Однако для изготовления алюминиевых деталей технического назначения лучше использовать более точную технику. Например настольный станок с ЧПУ (числовым программным управлением), который способен вытачивать сложнейшие детали с высокой точностью. Все, что от вас потребуется — это просто нарисовать деталь на компьютере.
Получив парафиновую модель нашей будущей детали, мы, наконец, приступаем к изготовлению литейной формы для литья детали из алюминия. Для этого вокруг модели нужно сгородить опалубку из листов оргстекла, склеив их пластилином и промазав им же все швы.
На дно получившегося «аквариума» помещается модель детали. Очень желательно ее также прикрепить ко дну небольшим пластилиновым шариком, иначе выливаемый в опалубку раствор гипса может сместить модель, и форма получится кривая (у меня сперва так и получилось).
Все готово к заливке гипса. Замешивать гипс можно в старой кастрюле. Воды нужно добавить ровно столько, чтобы получить консистенцию очень жидкой сметаны или кефира. Помним, что гипс очень быстро начинает схватываться, поэтому делать все нужно достаточно бодро. Важно точно прикинуть количество гипсового порошка, чтобы при заливке наша модель полностью погрузилась в гипс. Если не хватит раствора, то домешивать и доливать крайне не желательно. Форма тогда получится неоднородной, а то и вовсе развалится. Лучше сразу намесить немного лишнего — гипс не такой дорогой, чтобы его экономить.
Итак, выливаем гипсовый раствор в недра нашей опалубки. Для наглядности я прилепил сбоку небольшую пластилиновую полоску, чтобы было видно, до какого уровня нужно заливать гипс. После заливки нужно хорошенько потрясти «аквариум», чтобы из раствора вышли лишние пузыри и гипс заполнил все полости и закутки нашей парафиновой модели. Некоторые для этого используют специальный вибрационный стол. Для его изготовления подойдет обычный электродвигатель с болванкой на валу, установленной со смещением центра тяжести. Но я просто потряс опалубку руками, т.к. делать вибростол мне пока лень, да и нет времени.
Гипс уже через несколько минут начинает схватываться, поэтому слишком долго трясти нельзя. Отвердевающий гипс начинает нагреваться под действием химической реакции. Разбирать опалубку можно уже тогда, когда этот нагрев пойдет на спад. Но лучше не торопиться и просто подождать, когда поверхность гипса остынет — это не займет много времени.
После разборки опалубки края получившейся литейной гипсовой формы желательно обработать ножиком, чтобы они приняли гладкую округлую форму.
Следующим этапом в изготовлении гипсовой литейной формы будет вытапливание парафина/стеарина, который остался закован в гипсе. Для этого можно гипс разогреть до температуры плавления свечки, и она вытечет в поддон, на который необходимо положить форму. Но есть более надежный способ, хотя и не самый «чистый» — кипячение гипсовой формы в воде, при котором весь парафин/стеарин всплывает на поверхность воды, как жир в супе. Этот способ практически исключает неполное вытапливание свечки и полностью очищает внутреннюю поверхность гипсовой формы от парафина/стеарина, однако мыть потом кастрюлю замотаешься!
После вытапливания свечки гипсовую форму можно сразу начинать активно сушить. Для сушки гипсовых форм можно воспользоваться обычной кухонной духовкой или же использовать муфельную печь, но только исключительно с терморегулятором! Если сушить гипсовые литейные формы в муфельной печи без терморегулятора, то тонкие части формы могут попросту перегореть и осыпаться, как показано на рисунке ниже.
В общем, в работе со своей муфельной печью я неоднократно убедился, что без хорошего терморегулятора мне не обойтись. Именно поэтому первое изделие, которое я решил выплавить из алюминия — это корпус для терморегулятора муфельной печи, который будет одновременно радиатором для силовых симисторов, управляющих ТЭНами.
Как бы то ни было, но моя первая гипсовая форма для литья алюминия готова. Позднее я подробнее расскажу о тех граблях, которые возникают при литье алюминия в гипсовые формы, по которым мне лично довелось пройтись. Надеюсь, это поможет вам избежать моих ошибок.
На практике делать формы из чистого гипса нельзя! Дело в том, что в затвердевшем гипсе на молекулярном уровне заперта вода, которую никаким нагреванием не выпарить. При заливке алюминия в такую гипсовую форму вода начинает в любом случае высвобождаться и алюминий начинает бурлить, что сильно портит выплавляемую деталь.
На фото видно, что из абсолютно сухой (на вид) формы сразу после заливки начинает сочиться вода и идти пар. Это может быть очень опасно, если вы забыли надеть защитные очки. Алюминий также начинает булькать и выплескиваться из формы. А далее видна отлитая с таким бурлением деталь. Газы в итоге не только испортили поверхность, но и проделали довольно большую воронку. Кроме того, если сделать надпил в такой детали, то мы также сможем столкнуться со следами внутренней газификации алюминия — большое число раковин, неравномерная структура. Одним словом — брак. Такое годится только для не ответственных деталей, там, где потом можно зашпатлевать и закрасить.
А вот и рецепт, который позволит избежать такого нежелательного эффекта: при замесе гипсового раствора нужно просто добавить 50% мелкого песка.
