Состав формовочной смеси для литья алюминия

Литье в песок + глина в домашних условиях

  • BonnFactory
  • 9 мая 2017
  • Самоделки и поделки из металла своими руками


Всем привет! Хочу поделиться с вами своим опытом литья в песчано-глиняную форму.

В прошлый раз (вы можете найти эту статью в моем профиле) я лил алюминий по выжигаемой модели, т.е. вырезал модель из пенополистирола и просто засыпал песком. И некоторые из вас подметили, что к процессу я отнесся довольно небрежно. Все верно, целью было просто опробовать технологию и я совсем не заморочился с качеством отливки. Признаю это. В этот раз я постараюсь сделать все более аккуратно. Весь процесс с пояснениями есть на видео, но я так же распишу все сейчас и в текстовом формате. Поэтому, приятного просмотра и прочтения!

Многие кустарные источники пишут, что нужно смешать то-то и то-то «по вкусу», т.е. предлагают выяснять все опытным путем. Это неплохой для понимания, но долгий для получения результата процесс. Поэтому я нашел неплохой учебник-методичку по художественному литью в песок ( «Художественное литье: учебное пособие для учащихся средних профессионально-технических училищ» , Борис Никитич Зотов, 1982 г.). Я не претендую на какой-то профессионализм. Нет-нет! Это вообще моя первая отливка по технологии из этого учебника. Я тот еще кустарь, поэтому, все советы и обоснования ошибок от вас я приму с честью и буду рад, если вы поправите меня! Да и дочитал я лишь до части формовки смеси. Уже после отливки выяснил пару моментов по расплаву и термической обработки отливки…

Из инструментов и прочего нам понадобится:

  • емкость для смешивания всего и вся;
  • мешалка (тут можно обойтись и руками, но если она у вас есть- хорошо);
  • заранее изготовленные рамки для формовки, чтобы половинки формы ровно стыковались без смещения;
  • печка;
  • сито для просеивания песка и глины;
  • мерный стаканчик, либо глаз-алмаз;
  • кисточка для нанесения талька и очистки формы;
  • модель, которую будем отливать;
  • пара отрезков труб или банок или чего угодно диаметром 80-100 мм и высотой 50-80 мм (для формовки литников, тут так же можно обойтись и руками- слепить бублик, но с банками будет аккуратнее и проще =)
  • тонкостення трубка диаметром 20+- мм. для формовки литников;
  • слесарный инструмент для обработки отливки;
    (список собрался довольно емкий, но все инструменты пустяковые и большая их часть может найтись в хозяйстве).

Необходимые в процессе материалы:

  • сам металл под заливку (в моем случае алюминий);
  • песок кварцевый (речной тоже подойдет, но форма будет менее прочной);
  • бентонитовая глина;
  • вода;
  • тальк угольная пыль графит.

Для изготовления формовочной смеси нам понадобится:

  • просеянный кварцевый песок в количестве, чтобы можно было заполнить нашу форму и литники. Примем песок как целую часть- единица (1) или 100% для удобства расчета;
  • бентонитовая глина. Ее нам понадобится 0.15-0.20 (15-20%) от общей массы песка;
  • вода. Влажность смеси должна оставлять около 0.06 (6%) от общей массы песок+глина (да-да, брал песок за целую часть, а теперь уже целая часть это песок+глина).

Сперва смешиваем просеянный песок с просеянной глиной.

Хорошо смешиваем на сухую. Иначе, если делать это одновременно с водой, вы намучаетесь в попытке разбить комки сырой глины.

Для увлажнения смеси удобно пользоваться распылителем. Он позволит равномерно распределить влагу, но если его нет, то просто добавляйте воды по чуть-чуть.

Уделите достаточно времени для перемешивания смеси. Она должна получиться однородной и быть полностью смочена водой (тех 6 процентов с лихвой хватит на это)

После того, как все смешно, наша смесь почти готова к формовке! Нужно лишь дать ей настояться , для того чтобы влага распределилась равномерно. Оставьте в покое смесь на 1 час или даже 2. Этим эта смесь и хороша — она проста в изготовлении и никуда спешить не нужно и в случае несоблюдения пропорций, всегда это можно исправить досыпав недостающей части песка или глины.

По прошествии часа, смесь значительно изменяет свои свойства в лучшую сторону- меньше липнет к рукам и хорошо сохраняет форму, если сжать горстку в кулак (Это, кстати, народный способ проверить качество смеси- возьмите горстку получившейся смеси в руку и сожмите ее. А когда разожмете руку, то смесь должна повторить изгибы пальцев и ладони. После чего попробуйте сломать ее пополам. Если комок сломается ровно пополам и не рассыпется — это то. что нам и нужно)

Теперь переходим к процессу формовки.

Устанавливаем заготовленную рамку на ровную поверхность и насыпаем смесь в форму. Не спешите засыпать все и сразу. Насыпьте треть и утрамбуйте ее, чтобы песок заполнил все уголки формы. Я сперва делаю песчаное дно — засыпаю песок, трамбую его, а потом засыпаю форму целиком без трамбовки и вдавливаю в рыхлый песок модель. Перед установкой модели, неплохо было бы ее посыпать тальком, чтобы она не прилипала к смеси. Пальцами утрамбовываю по периметру и досыпаю по необходимости смесь. Было бы проще, если бы модель делилась пополам, но это другая история. У нас есть конкретный пример. Поэтому и последовательность именно такая. Трамбовать удобно небольшим деревянным бруском — он достаточно прочный и тяжелый для комфортного процесса. После чего этим же бруском выравниваем поверхность. Модель должна засыпаться ровно по центру,так как имеет скругления. Чтобы при ее вынимании форма не разрушилась, пришлось немного напрячься, но я справился. Справитесь и вы!

Когда первая половина формы утрамбована и выровнена, постукивая тем же бруском по форме расшатываем ее слегка и пробуем вынимать. Все извлеклось хорошо, а форма отпечаталась как надо? Хорошо, тогда время вернуть модельку в форму и пройтись кисточкой с тальком или графитом по всей площади поверхности формы и модельке в том числе. Это необходимо для того, чтобы вторая половина формы не прилипла к модели и нижней половинке формы.

Вторую часть трамбовать проще — просто подсыпаем песок и равномерно трамбуем, пока не заполним все целиком.

Важно помнить, что если трамбовка будет недостаточной и смесь останется рыхлой, то она разрушится еще до литья или в процессе заливки. Если трамбовать чрезмерно сильно, то песок спрессуется и газопроницаемость формы будет плохой, что может привести к браку отливки, так как пары и газы будут плохо удаляться из формы в процессе литья.

Аккуратно снимаем верхнюю половину и смотрим что у нас получилось. С первой половинки моделька должна выходить хорошо (ведь мы ее уже вынимали). Со второй половинки точно так же, с постукиваниями, вынимаем модель. Осматриваем результат и если он нас устраивает, значит у нас получилось и осталось совсем немного перед отливкой.

Теперь нужно проделать заливные отверстия в форме. С этим отлично справится тонкостенная трубка (я использовал трубу от пылесоса). У меня немного не хватило высоты рамок и часть модели виднелась снаружи. Это место и стало одним из двух литников.

Так же важно сделать песочные воронки, через который будет поступать металл в форму. Они нужны для удобства литья, а так же для того, чтобы при остывании подпитывать отливку металлом при усадке. На некоторых сплавах усадка особенно заметна.

Воронки можно формовать как руками, так и используя подручные формы (я использовал кофейные банки и все ту же трубку от пылесоса).

Процесс формовки закончился. И форма пригодна для литья. Убираем модель, продуваем песчинки, которые могут попасть в отливку и собираем форму на место, где будет проходить заливка.

Дело за малым — разжечь печь, расплавить алюминий и залить.


Так как основной объем статьи посвящен именно формовки, тут я пройдусь совсем коротенько. В видео я сказал, что нужно добавлять соды и соли, так делают все кустари. Но, один из зрителей на канале поправил меня и обосновал свой ответ. Поэтому спешу поправиться, сода в расплаве не нужна. В последующих отливках я ощутил разницу. Без соды металл залился с меньшим количеством пор и значительно лучше обрабатывался (не засорял фрезы). Поэтому, когда алюминий в тигле расплавится, нужно добавить соли, чтобы металл очистился от шлаков. Всю грязь собравшуюся на поверхности я собрал ложкой и залил металл в форму. Через небольшой промежуток времени я вынул отливку.

Так как опыт мой невелик в отличии от лени, то на отливке были пару мест, где форма разрушилась и металл слегка растекся. Но ничего, больше не меньше — можно и спилить. Так что моя лень при формовке вспоминалась все то время, что я обрабатывал деталь.

Помните, что формовочная масса пригодна для формовки долгое время, так что смело начинайте формовку сначала, если вдруг форма разрушится слегка или вы найдете другие косяки. Лучше делать это все на тех подготовительных этапах. Сэкономите время.

Автор статьи “Литье в песок + глина в домашних условиях” Bonn Factory

Литье в песчанные формы (курсовой проект) / Типовые составы формовочных смесей

ТИПОВЫЕ СОСТАВЫ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ

Формовочные смеси для форм стальных отливок

Основными требованиями, предъявляемыми к этим смесям, являются прочность и высокая термохимическая устойчивость, что особенно важно при производстве крупных отливок. Некоторые составы формовочных смесей из высокоогнеупорных материалов для крупных стальных отливок приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Составы формовочных смесей для крупных стальных отливок

Крупные, массой более 5000 кг;

и тяжелые, массой более 5000 кг

Читать еще:  Можно ли спаять алюминий с медью

Цирконовый песок 100

Для повышения прочности и термохимической устойчивости формы крупных стальных отливок подвергают сушке. Однако эта операция удлиняет технологический цикл, поэтому широко используют поверхностную подсушку форм и быстротвердеющие смеси. Применение быстротвердеющих и самотвердеющих смесей в производстве крупного стального литья – одно из основных направлений развития и совершенствования технологии изготовления форм.

Хромомагнезитовые формовочные смеси на жидком стекле (таблица 1, строка 1) обладают высокой термохимической устойчивостью и применяются для изготовления форм крупных отливок из нержавеющих и жаропрочных сталей. Хромомагнезитовые смеси на жидком стекле имеют несколько меньшую податливость, чем аналогичные смеси на лигносульфонате техническом (ЛСТ). Поэтому стержни и выступающие части формы, препятствующие усадке отливки, изготовляют из смеси на ЛСТ.

Недостатком хромомагнезитовых смесей является низкая газопроницаемость, вследствие чего толщина облицовочного слоя не должна превышать 10 – 15 мм, чтобы исключить образование в отливках газовых раковин.

Хромомагнезитовые смеси приготовляют из отходов хромомагнезитового кирпича, содержащего 15 – 20% Сr2O3 и не менее 42% MgO. После дробления и разлома в бегунах хромомагнезитовый порошок просеивают через сито со стороной ячейки 0,8 – 1,5 мм. Для приготовления смесей для крупных отливок остаток на двух последних ситах и тазике должен быть 30-35%. Для мелких и средних отливок рекомендуется более мелкий помол (остаток на тех же ситах 35-40%).

Смеси на основе хромистого железняка (таблица 1, строка 2) применяют для форм отливок массой до 160 т с толщиной стенки не более 70 мм из углеродистых и специальных сталей. Хромистый железняк дробится и просеивается через сито с ячейками 1,0 – 1,5 мм. Просеянный хромистый железняк должен содержать не более 30 – 40% пылевидной фракции. Из полученного песка в бегунах готовится формовочная смесь влажностью 6 – 7%. Дополнительные связующие материалы можно не вводить, т.к. после сушки образуется плотная корка. Если прочность недостаточна, то в состав смеси вводят 0,75 – 3,0% ЛСТ. Толщина облицовочного слоя смеси зависит от толщины стенки, массы, конфигурации отливки и выбирается в пределах 25 – 150 мм.

Использование облицовочных смесей связанно с рядом производственных неудобств – большим расходом хромистого железняка, отслаиванием облицовочного слоя формы, при формовке в почве и на встряхивающих машинах облицовочная смесь перемешивается с наполнительной. Поэтому часто формы облицовывают пастами из хромистого железняка. Для отливок массой 1,5 – 2 т толщина слоя пасты должна быть 1,5 мм, а для отливок массой 30 т и более толщина слоя 2 – 4 мм. В качестве связующего в составе пасты используют патоку (10-12%) и декстрин (0,1 – 2,0%). На формы крупных и толстостенных отливок пасту наносят в два слоя.

Цирконовые формовочные смеси (таблица 1, строка 3) позволяют получать высокую чистоту поверхности отливок, но вследствие дороговизны песка применяются редко, только при изготовлении особо ответственных отливок.

Быстротвердеющие жидкостекольные песчано-глинистые смеси занимают доминирующие положение в производстве отливок, как из углеродистых, так и из легированных сталей. Переход с песчано-глинистых на жидкостекольные смеси сокращает производственный цикл, способствует увеличению роста выпуска отливок на одного рабочего и обеспечивает получение отливок высокого качества. Однако при этом увеличивается расход свежих материалов. На практике часто для форм стальных отливок применяют облицовочные быстротвердеющие смеси, составы которых приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Составы облицовочных быстротвердеющих смесей с жидким стеклом для форм стальных отливок

Формовочные смеси для заливки форм по-сырому

Технология изготовления отливок в сырых формах является основной в современном литейном производстве. Доля литья, полученного в сырых формах, в разных странах мира колеблется от 30 до 40 %. Применение литья в сырые формы обеспечивает относительно короткий производственный цикл, увеличивает производительность труда, снижает расход песка до 0,4 т на тонну литья. Ограничением области применения сырых форм является их прочность, исходя из которой максимальная масса изготовляемых чугунных отливок составляет 0,5 т, стальных отливок — 0,4 т. Сфера использования сырых форм может быть расширена за счет применения высокопрочных форм с пониженной влажностью и современных методов уплотнения, а также поверхностной подсушки форм.

Наиболее широко литье в сырые формы применяется в автомобилестроении и станкостроении для изготовления чугунных отливок массой до 100 кг.

Виды формовочных смесей. Для изготовления отливок в настоящее время в основном используются синтетические смеси на основе высококачественных исходных материалов. Различают облицовочные, наполнительные и единые смеси.

Облицовочные смеси применяются для изготовления ответственных отливок с повышенными требованиями к качеству поверхности. Они содержат 20-60 % свежих материалов (песок и глинистые добавки), 40-80 % отработанной, оборотной смеси и различные добавки для улучшения их свойств. Эти смеси используют для оформления рабочего слоя формы толщиной, примерно равной толщине стенки отливки, который непосредственно контактирует с заливаемым жидким металлом. Облицовочные смеси должны обладать низкой пригораемостью, малой пористостью, высокой поверхностной прочностью и относительно низкой газопроницаемостью.

Основная часть формы изготовляется из наполнительной смеси, для приготовления которой в основном используют оборотную смесь, периодически освежаемую добавками свежих материалов для поддержания на заданном уровне газопроницаемости и прочностных свойств.

В крупносерийном и массовом производстве при изготовлении отливок на автоматических и конвейерных линиях применяют единые смеси, основную долю которых (90-95 %) составляет оборотная смесь.

Основные компоненты смеси. Как и любые смеси, смеси для заливки по-сырому включают в себя наполнитель, связующие материалы и специальные добавки.

Основным наполнителем является отработанная, оборотная смесь, которую следует применять после соответствующей регенерации и кондиционирования. Рекомендуется использовать песок классов 1К, 2К, групп 016, 02 для мелкого литья и групп 02, 0315 — для крупного и среднего литья. При изготовлении отливок из легированных сталей в облицовочных смесях применяются также цирконовые, магнезитовые и другие наполнители. Для единых смесей, используемых на автоматических линиях, содержание глинистых веществ не должно превышать 1 %. Пески должны применяться с концентрированной зерновой основой.

Основное связующее для смесей сырых форм — бентонит. Подавляющее большинство отечественных бентонитов являются кальциевыми с содержанием монтмориллонита не более 75-90 %. Для применения в сырых песчаных формах кальциевые бентониты активизируют добавками соды (Na2CO3), вводимыми при помоле бентонита. Натриевые бентониты обеспечивают при 10 %-м содержании в смесях прочность на сжатие в сыром состоянии не ниже 0,15 МПа при долговечности смеси не ниже 75-80 %. Для опочной формовки на автоматических линиях прочность смесей на сжатие во влажном состоянии должна составлять 0,14-0,18 МПа, а для безопочной формовки — 0,20-0,22 МПа. Такая прочность обеспечивается при применении бентонитов прочносвязующей группы (ГОСТ 3226-77).

Для улучшения качества отливок и снижения расхода бентонита в единые формовочные смеси вводят поверхностно-активные вещества и понизители вязкости в количестве 0,1-0,5 % (ДС-РАС, контакт Петрова, нитролигнин, КО, УСК и т. п.). Бентонит целесообразно вводить в смесь в виде суспензии (20 % бентонита, 5 % угля, 1 % крахмалита).

В качестве противопригарной добавки в песчано-глинистые смеси вводят каменноугольную пыль в количестве до 8 %. Это предотвращает образование пригара на отливках массой до 80-150 кг при толщине их стенок 15-30 мм. Увеличение содержания угля сверх 8 % снижает физико-механические свойства смеси. Уголь целесообразно вводить в виде глиноугольных суспензий.

Для замены угля используют продукты переработки нефти (мазут, древесный пек, растворы битумов). В качестве эффективной противопригарной добавки применяют водный раствор хлорида кальция (около 1,4 %).

В песчано-бентонитовых смесях для стабилизации влажности, уменьшения склонности к образованию ужимин, снижения осыпаемости используют добавки крахмалита (до 0,5 %). Добавки крахмалита или экструзионного крахмалореагента позволяют снизить деформацию смеси в зоне конденсации влаги.

Для повышения пластических свойств в смеси добавляют также декстрин, патоку и древесную муку.

Регулирование свойств смесей. На физико-механические, технологические свойства смесей существенное влияние оказывают их влажность W и глиносодержание Г. Наилучшее сочетание свойств обеспечивается при оптимальном содержании влаги, обычно составляющем 4-5 %. Необходимое содержание влаги возрастает с увеличением глиносодержания и при применении мелкозернистых песков с шероховатыми зернами. Колебание содержания влаги может приводить к значительным колебаниям свойств смеси. Чем больше в смеси содержится мелких частиц, тем выше должна быть влажность и тем сильнее ее колебания влияют на свойства смеси. На 1 % мелких частиц дополнительно расходуется около 0,3 % воды. При содержании мелких частиц выше 9-11 % резко увеличивается пригар и склонность к образованию ужимин. В процессе работы в оборотной смеси возрастает количество мелких частиц. Поэтому ее приходится освежать, вводя бентонит и песок.

Для нахождения количества освежающих добавок бентонита и песка для поддержания прочности на сжатие в сыром состоянии на уровне 0,2 МПа в зависимости от содержания в смеси мелких частиц и отношения массы отливки к массе смеси, определяющего термическую нагрузку на форму, X. Левелинком предложена номограмма, приведенная на рис. 5.40.

На шкале «Мелкие фракции, %» показано процентное содержание неорганической доли (глинистых частиц) мелких частиц. Общее содержание мелкой фракции кроме неорганической доли включает в себя мелкие органические добавки (например, каменноугольную пыль) и продукты их разложения. Содержание этих органических частиц в первом приближении можно оценить как 50 % от потерь при прокаливании.

На номограмме приведен пример определения количества освежающих добавок для следующих условий: отношение массы отливки к массе смеси 1/6, потери при прокаливании 7 % и содержание мелких частиц 14,5%. Содержание глинистых частиц составляет 14,5-7*0,5 = 11% (3,5 % приходится на органические частицы). По отношению масс отливки и смеси 1/6 и содержанию глинистых частиц 11 % по номограмме находим требуемое освежение по бентониту — 0,45 % и песку -2%.

Приготовление смесей необходимо осуществлять в Катковых смесителях (бегунах), в которых сочетается смешивание и перетирание компонентов смеси при чередующемся уплотнении катками и рыхлении плужками. Качество смеси зависит от продолжительности перемешивания. Характер изменения прочности смеси на сжатие во влажном состоянии от времени перемешивания показан на рис. 5.41. Видно, что значения прочности, начиная с некоторой продолжительности перемешивания (5-10 мин), стабилизируются. Аналогично изменяются газопроницаемость и влажность смеси.

Читать еще:  Как сделать осциллятор для сварки алюминия

Готовность смеси можно проверить, проводя последовательный контроль ее прочности и влажности. Если после 5 мин дополнительного перемешивания прочность смеси увеличится не более чем на 10-15 %, а влажность — не более чем на 0,2-0,8 %, то длительность перемешивания достаточна для стабилизации ее свойств.

Влажность смеси существенно влияет не только на ее прочность и газопроницаемость, но и на формуемость, текучесть и уплотняемость, поэтому оптимизацию содержания влаги часто проводят для обеспечения требуемого уровня формуемости (70-80 % по ГОСТ 23409.15-78). В применяемых схемах автоматического управления качеством смесей регулирование содержания влаги осуществляется по заданному индексу формуемости, а содержание бентонита — по заданному уровню прочности на сжатие в сыром состоянии.

Определение составов смесей для современных способов изготовления форм осуществляется с учетом обеспечения необходимых технологических свойств при соответствующих способах уплотнения смесей.

Выбор составов смесей. Типовые составы смесей для формовки по-сырому. Выбор состава смеси для данного типа сплава определяется способом формовки, размерами и конфигурацией отливки, требованиями к отливке, условиями производства.

Для мелких отливок применяют мелкозернистые пески с минимальным содержанием органических добавок. Содержание бентонита в смесях (5-7 %) зависит от их необходимой прочности. Для мелких отливок прочность единой смеси на сжатие 50-80 кПа.

В смесях для средних и крупных отливок используют среднезернистые наполнители. Поверхностная прочность и стойкость к осыпанию повышаются добавками декстрина или ЛCT в количестве 0,5-1,5 %. Влажность смесей 3,5-4,5 %. Прочность облицовочных смесей должна быть не менее 90 кПа, а наполнительных — не ниже 70 кПа.

В смесях для цветного литья применяют мелкозернистые пески, очень часто с повышенным содержанием глинистой составляющей. В смеси для магниевого литья добавляют присадки для предотвращения возгорания сплава (фтористые присадки, сера и т. д.).

При выборе смесей на основе приведенных в табл. 5.20-5.24 типовых составов следует учитывать принятое технологическое оборудование для изготовления форм, метод уплотнения смеси, тип сплава, толщину стенки, массу отливки и характер производства.





В условиях единичного и мелкосерийного производства без применения операций, связанных с динамическими нагрузками, достаточна прочность на сжатие в сыром состоянии 0,06-0,07 МПа. При изготовлении форм на автоматических и высокомеханизированных линиях осж в сыром состоянии должна быть на уровне 0,15-0,20 МПа.

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

В гипсовых формах изготовляют отливки только определенной массы. Особо сложные отливки получают в оболочковых керамических формах. Согласно сообщениям некоторых специализированных фирм (Canadion—Marconi, Sterling Metals Limited, Munetto) керамические формы более выгодны для отливок, имеющих очень большую разностенность.

Преимущества гипсовых форм для литья алюминиевых сплавов приводятся в работах.

Гипсовые формовочные смеси. Связующим в этих смесях является гипс, качеству которого придается большое значение. Для гипсовых форм пригоден только такой гипс, который при затвердевании не дает усадку. Гипсовые формовочные смеси имеют следующий ориентировочный состав, %: 30—100 гипса, 5—40 асбеста, 19—30 талька, 5—80 кварцевой муки, 0—10 гончарной глины, 33 молотого кирпича, 0—50 кварцевого песка, 70 кристобалита, 0—1,5 извести, 0—5 портландцемента, 0,25— 3,0 бромистого аммония.

Гипсовые формовочные смеси замешивают на воде до сметано-образного состояния в следующих соотношениях компонентов: 0,35 ч. воды на 1 ч. смеси. Отдельные присадки в гипсовые смеси влияют на их свойства следующим образом: молотый асбест повышает пористость; если асбест используют в волокнистой форме, то улучшаются механические свойства формы. Молотый асбест должен иметь соответствующую зернистость. Кварцевая мука снижает объемные изменения гипсовой смеси во время затвердевания, прокаливания и охлаждения формы. Тальк и кварцевый песок, как инертные наполнители, компенсируют объемные изменения. Известь и цемент стабилизируют объемные изменения формы. Бромистый аммоний при обжиге форм разлагается на газообразные вещества и способствует повышению газопроницаемости форм.

Помимо указанных присадок вводят также много других, применяемых значительно реже: борную кислоту в количестве от 1 до 2% и буру 0,35—0,5%, способствующих быстрому отверждению смеси. Жидкое стекло повышает прочность и сопротивление форм против истирания. Альгинат натрия в количестве 0,1—0,5%, карбонат натрия (0,1—0,5%), формалин регулируют скорость отверждения. Алюминат кальция в количестве 2,5—12% и окись цинка замедляют отверждение и придают формам большую прочность. В качестве присадки для повышения прочности форм используют также добавки окислов алюминия, железа и т. п.

Гипсовые формы должны иметь следующие основные свойства: достаточную прочность и сопротивление истиранию; достаточную газопроницаемость; возможно наименьшие объемные изменения.

Перечисленные свойства обеспечиваются составом смеси и способом ее приготовления. Наибольшее влияние на свойства смеси (помимо ее состава) оказывает вязкость гипсовой массы, определяемой соотношением сухих компонентов и воды. В результате исследований авторов оказалось, что количество воды на 1 кг формовочной смеси не должно превышать 0,8 л, иначе формы будут иметь низкую прочность, высокую газопроницаемость и при сушке большую усадку; наилучшим является соотношение 0,45— 0,55 л воды на 1 кг смеси. При меньших количествах воды гипсовая смесь очень густая и заливать ею сложные модели трудно; в такую смесь замешивается много воздушных пузырьков. Если соотношение приближается к 0,8 л воды на 1 кг смеси, то отверждение смеси резко замедляется и она даже через 48 ч остается мягкой. Это относится к гипсовой смеси, состоящей из 50% гипса «Rocasso», 30% асбестовой крошки и 20% кварцевой муки.

На свойства гипсовых форм еще влияют температура и время перемешивания формовочной смеси. Для указанной гипсовой смеси лучше всего применять воду с температурой 50—52 °С; при этой температуре формы имеют максимальную прочность, сопротивление истиранию, газопроницаемость и постоянство объема. Время перемешивания гипсовой смеси не должно превышать 3 мин. Более быстрое или более длительное перемешивание приводит к усадке гипсовых форм.

Несмотря на то, что гипсовые формы имеют в составе смеси вещества для повышения газопроницаемости, все же ее величина недостаточна, и поэтому получаются отливки с дефектами, например неслитинами.

Газопроницаемость можно повысить тремя способами:

1) присадкой в формовочную смесь таких веществ, которые после отверждения и нагрева формы газифицируются и удаляются из нее и за счет этого повышают газопроницаемость. Чаще всего для этих целей используют хлорид или бромид аммония;

2) нагревом в автоклаве (способ Antioch). При нагреве во влажной атмосфере при температуре 90° С гипс (дигидрат кальция) переходит в полугидрат [39], так как при этой температуре дигидрат является неустойчивой формой сульфата кальция. Вода, выделившаяся при разложении дигидрата кальция, растворяет полугидраты до насыщения. Так как растворимость полугидратов с увеличением температуры снижается, то в автоклаве поддерживается низкое давление (от 0,07 до 0,2 МПа). После выдержки (6 ч) формы в автоклаве ее охлаждают во влажной атмосфере. Поверхность формы охлаждается быстрее, чем внутренняя ее часть, поэтому в наружных слоях формы выделяются мелкие кристаллы дигидрата, а во внутренних частях формы — крупные. В такой форме с мелкозернистым поверхностным слоем и пористой внутренней частью газопроницаемость существенно выше;

3) вспениванием смеси (способ Gypsum Hydroperm). Сущность способа в том, что в гипсовые смеси добавляют вспениватель. В смесь вводят вещества, например, карбонат и разбавленную кислоту или перекись водорода и аммиачную воду. Между ними при перемешивании смеси идут реакции с выделением большого объема газа. Можно вводить в гипсовую смесь органические пенообразователи, которые при перемешивании захватывают воздух и хорошо его стабилизируют во всем объеме. Отвердевшая гипсовая форма насыщена мелкими газовоздушными пузырьками, что увеличивает газопроницаемость формы; условно назовем этот способ механическим вспениванием. Для каждого из этих способов существует своя технология.

В первом случае газопроницаемость повышается только после нагрева до температуры, при которой из формы практически удалена вся вода (и свободная, и связанная). При нагреве в автоклаве и при механическом вспенивании формовочной массы пористость образуется в тот момент, когда в форме имеется вся вода, как химически связанная, так и свободная.

Формы, у которых газопроницаемость повышают по первому способу, содержат в исходной гипсовой смеси вещества, которые образуют пористость тотчас после затвердевания массы. Это необходимо для того, чтобы облегчить отвод водяных паров при последующей термообработке. Механически удаляется вода при температуре 85—96 °С. Сушить форму следует осторожно, так как пористость весьма невелика и при образовании больших объемов водяного пара может произойти ее повреждение. Минимальное время нагрева до указанной температуры составляет 8 ч. Затем следует нагрев до 200—220 °С, при котором удаляется большая часть связанной воды. Скорость нагрева 50 °С/ч. При этой температуре формы выдерживают до 12 ч. Затем следует нагрев до 380 °С с той же скоростью, чтобы разложить аммониевые соли. Выдержка при этой температуре 5 ч. Далее формы охлаждают при 100 °С их извлекают из печи и подготовляют к заливке.

При изготовлении гипсовых форм, подлежащих нагреву в автоклаве или вспениванием, ‘в смесь не вводят присадки, повышающие газопроницаемость, такие, как асбест, стеклянная вата. Они в данном случае излишни. Более того, при их использовании увеличивается шероховатость поверхности форм. В период тепловой обработки гипсовой формы она становится достаточно газопроницаемой для удаления влаги. Именно в этот период удаляется свободная и дигидратная вода. Полугидратная вода удаляется во время заливки металла в форму. Образующиеся пары благодаря высокой газопроницаемости формы удаляются через стенки без какого-либо повреждения формы.

Читать еще:  Покраска алюминия в домашних условиях

Таким образом, тепловая обработка форм при нагреве в автоклаве или при вспенивании очень проста, и сами формы не так чувствительны к скорости нагрева. Тепловую обработку форм проводят при низких температурах, находящихся между эндотермическими пиками, обусловленными потерей дигидратной и полу-гидратной воды. При нормальных условиях эта температура находится в пределах 180—225 °С. В диапазоне этих температур формы (в зависимости от их величины) выдерживают 10— 18 ч. После охлаждения формы подготовляют к заливке.

Сравнительные испытания всех трех описанных способов, проведенные предприятием ZPS г. Готвальдов ( ЧССР ), показали, что

газопроницаемость форм была в пределах 48—52 J. N. Р. Одинаковыми были также качество поверхности отливок и плотность металла непосредственно под литейной коркой.

Вспенивание форм требует точного выдерживания технологических параметров: давления, температуры и времени пребывания в автоклаве.

Для повышения газопроницаемости за счет разложения аммониевых солей необходима медленная и осторожная тепловая обработка форм. Объемную стабильность таких форм можно повысить присадкой 1% сульфата алюминия A12 3. Обработку гипсовых форм в автоклаве применяют в серийном производстве, а механическое вспенивание—в единичном.

Если необходимо иметь только определенную часть отливки с особо качественной поверхностью и жесткими допусками на размер, используют комбинированную форму. В песчаную форму вставляют или гипсовый стержень, или часть гипсовой формы.

Максимальная масса отливок из алюминиевых сплавов, которые можно получать в гипсовых формах, составляет 10—160 кг. Минимальная толщина стенки 1,5 мм, в особых случаях 0,55 — 1,0 мм.

Шероховатость поверхности в пределах от 60 до 80 RMS . Теплопроводность гипсовых форм относится к теплопроводности обычных песчаных форм как 0,65 : 1,0, что необходимо учитывать, в частности, при литье свинцовистых бронз. Содержание свинца в таких бронзах должно быть не более 2,5%, а содержание углерода максимум 7%; при более высоком содержании свинца при охлаждении происходит его ликвация.

Как плавить алюминий в домашних условиях в разные формы

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

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

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

Характеристики алюминия

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

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

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

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

Технологии домашнего литья алюминия и необходимое оборудование

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

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

Поэтому для проведения процесса необходимо обеспечить две вещи:

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

Процесс литья должен включать несколько этапов:

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

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

Самодельные печи и способы расплавления алюминия

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

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

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

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

Его конструкция выполняется следующим образом:

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

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

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

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

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

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

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

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

Способы создания формы для литья алюминия

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

Открытый способ литья

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

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

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

Закрытая форма

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

Материалы для литых форм

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

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

Гипсовые формы

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

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

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

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

Типичные ошибки и советы для правильного проведения литья

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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector