Литье алюминия в домашних условиях: изготовление форм, технологический процесс

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.

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.

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.

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.

Выбор останавливают на более мягком алюминии, как более чистом материале, с меньшим количеством примесей. Во время плавки с жидкой поверхности металла убирают шлак.

Отливка алюминия на дому

Дойти до температуры плавления, без применения специальных технологий можно разными методами. Раньше кузнецы ковали сталь и подогревали ее углем. Это первый способ, но для его выполнения потребуется печь со специальной подачей воздуха.

Второй способ — применение природного, или сжиженного газа. Процесс можно сделать в самодельной печке. Есть и иная возможность, если объемы плавления небольшие. В таком случае можно взять простую газовую плиту.

Технологический процесс

В принципе, должна обыгрываться ситуация специального литья с оговорочкой на домашние условия. В любом случае нужно подготавливать сырье. Лом алюминия придется очистить от грязи, разных примесей, некоторых наполнителей. Большие части надо измельчить до определенного размера.

Техника литья алюминия состоит из нескольких шагов. Подготовленный лом расправляют. При достижении текучей фазы с поверхности расплава стаскивается шлак. На последней фазе формочка наполняется жидким металлом. Одноразовая форма разламывается после остывания.

Предварительно надо выбрать, что предстоит отливать. Даже если это пробный вариант плавления, придется подготовить хоть какую-то форму. А вдруг получится достичь необходимой температуры? Любопытно же увидеть результат плавления и оценить свою работу: вид алюминия, его пористость и чистоту. Любой опыт, даже плохой, будет вам только в пользу.

Условия и специальное оборудование

При плавлении вторичного материала обгорает покрытие, создаются испарения, появляется дым. Работать в условиях закрытой комнаты без сильной функционирующей вытяжки проблемно. Наилучший вариант — открытое пространство.
Даже в таком случае будет нужен вспомогательный источник вентиляции. Формовочная отливка материала в пенопласт проходит с большим выделением продуктов горения

Вентилятор с боковым обдуванием какого-либо места будет убирать весь дым, что обеспечит прекрасные условия для литья своими руками.
Оборудованное и полностью продуманное в организационном смысле рабочее пространство также важно. Лучше всего иметь в качестве основания на столике листовой металл или иную поверхность, не поддающуюся большой температуре расплавленного алюминия

Вероятность брызг и проливания жидкой массы очень велика. Помните о том, что стоит задуматься о необходимости выполнения работ в условиях простого помещения.

Самодельная печка для плавления

Легче всего взять пару огнеупорных кирпичей и сделать из них очаг. Это комфортно выполнять в определенной металлической емкости (старенькая кастрюля), которая будет взята в качестве каркаса. Сбоку создается отверстие для выведения патрубка подачи воздуха. Можно поставить подходящий отрезок трубы из металла. К отрезку подсоединят часть пылесоса, фена или другого подающего воздух устройства.

Внутрь заложим древесный (каменный) уголь. Разожжем огонь, и тогда, включится подача воздуха. Сосуд, где будем плавить алюминий, ставится внутрь печки. С боков он тоже обкладывается углем. Лучше всего на печку сделать крышечку, чтобы тепло не ушло напрасно, а оставить только дырку для отводов дыма.

В идеале топливник создают цельным с круглым сводом. Применяют нужные смеси для кладки жаропрочного материала и футеровки печек. Такую конструкцию точно можно сделать из старого ведра. Внутренний свод создают, применяя пластмассовые цветочные горшки нужного размера. Внутрь массы для армирования можно вставить металлическую сеточку. После застывания смеси выйдет прекрасная печка, которая сможет выдержать не одну плавку и отливку форм. Не так-то и сложно заниматься литьем алюминия и делать формы, если немного потренироваться. Главное, это работать и не запрещать себе экспериментировать из-за страха.

Необходимое оборудование

Чтобы изготовить алюминиевые детали разного назначения с высокой точностью под давлением, потребуется специальное оборудование: автоматическая машина и прочные пресс-формы. Для литья алюминия их обычно делают на основе стальных сплавов.

Их поверхность отливки должна быть почти идеальной, не допускаются никакие искажения геометрической конфигурации и размера. Пресс-форма должна быть оснащена механизмом, благодаря которому из нее готовую деталь можно будет извлечь без труда. Помимо этого, в ее составе должны присутствовать и подвижные стержни из металла, с помощью которых образуются внутренние полости заготовок.

Будущим изделиям, которые вы будете заливать в специальные формы, потребуется придать ту или иную конфигурацию, которые преимущественно зависят от самих форм. В таком литейном процессе также используются специализированные машины и прочее оборудование.

Литейные машины могут иметь холодную или горячую камеру, в которой осуществляется процесс прессования форм. Обычно машины с горячей камерой для плавки металла применяются для изготовления сплавов преимущественно на основе цинка. Нужное давление в них нагнетается благодаря применению поршня или сжатого воздуха. Под давлением расплавленная смесь медленно вытесняется вовнутрь предварительно приготовленных пресс-форм.

А машины, где применяют холодное давление, в основном используются тогда, когда потребуется сделать отливки с добавлением медных и магниевых сплавов. Расплавленная смесь в таком случае в процессе литья попадает вовнутрь форм под очень большим давлением, иногда оно может составлять около 700 мегапаскаль.

Благодаря литью под давлением можно в плане производительности достичь высоких показателей, также не нужно будет детали подвергать дополнительно механической обработке. Машины отличаются по моделям в зависимости от своих рабочих параметров.

Производство форм

Специальные литейные машины в домашних условиях практически не используются. Это не целесообразно не только в отношении больших затрат на их приобретение, но и потому что процесс достаточно сложный в техническом плане. А еще оборудование, которое работает под давлением, очень габаритное.

В домашних условиях выплавляемым изделиям на основе алюминия требуемая форма придается ручным способом. Форму при этом тоже можно сделать самому. Многие домашние мастера применяют методику литья «в землю», благодаря которой можно в итоге получить необходимые алюминиевые детали без специального оборудования.

Моделям форм, с которыми приходится работать, вы сможете придать определенную конфигурацию, причем сами формы изготавливаются на основе подручных материалов своими руками. В частности, форму можно получить из простого цементного раствора. В такой ситуации выплавляемой заготовке можно придать прямоугольную или квадратную форму. В интернете можно отыскать видеоуроки, как правильно залить алюминий в цемент.

Для литья нередко применяются гипсовые формы. Гипсовым моделям в такой ситуации можно придать почти любую конфигурацию. Очень важным показателем при работе с формами является усадка материала. При его застывании он должен быть минимальным.

Под заливку алюминия моделям можно придать желаемую конфигурацию благодаря применению воска. Но здесь нужно сказать, что посредством воска можно изготавливать на основе алюминия только небольшие детали. Благодаря ряду эксплуатационных характеристик восковым моделям можно будет придать даже сложные конфигурации, но изготовить детали таким способом можно только один раз.

https://youtube.com/watch?v=gpariUr_FZE

Литейным методом можно с легкостью изготавливать детали на преимущественно дюралевой основе. Дюраль — это материал, состоящий преимущественно из алюминиевого сплава с рядом других компонентов. Но нужно знать, что заготовки, которые выплавляются на его основе, застывают долго.

Модели, которые используются под литье металла, должны обязательно быть подготовлены: их потребуется очистить и нанести масло в качестве смазки.

Виды литья

Металлический сплав при литье всегда помещают в формы. Формы бывают разовые и многоразовые, которые, в свою очередь, могут быть нескольких видов. Существует три разновидности литья алюминия:

• в разовые формы;
• в выплавляемые модели;
• в комбинированные и полупостоянные формы из огнеупорного материала (в бетонные и железные формы).

Это самые известные виды литья, которые на практике могут между собой соединяться.

Литье алюминия в разовые формы – это литье отливок в песчаные формы. Самый распространенный и экономичный способ. Первым шагом для такой технологии является изготовление литейной модели из пластика, которая помещается в смесь из песка и связующего ингредиента, уплотненную под прессом. Выполняется заливка сплава в форму. После застывания отливка достается и проходит дополнительный этап обработки.

Современные технологии допускают использование вакуумных форм, которые засыпаются песком.

Кокиль используется для литья алюминия в железные формы. С помощью этой технологии можно получить самые качественные детали, изготовляемые в разборных металлических формах. Кокиль является многоразовым. Его можно использовать после очистки до тысячи раз, поэтому данный метод является еще и очень экономичным. Жидкий сплав здесь застывает без дополнительного внешнего вмешательства, полученные изделия отличаются повышенной плотностью, которая отвечает за уровень герметичности. Литье в кокиль – метод, на котором базируется до 45% изготавливаемых изделий.

Литье алюминия в формы по выплавляемым моделямпозволяет создавать отливки самой высокой точности, например, лопатки турбин. Готовится копия модели из воска или парафина и литниковая система. На модель в несколько слоев (до десяти) наносится смесь с добавлением огнеупорного материала. Каждый слой выдерживается до получаса в сушильных шкафах, которые заполнены аммиачным газом. Модель выжигают или достают в воде с помощью пара под высоким давлением. Потом происходит прокаливание, нагретый блок устанавливают в печь и оболочку наполняют расплавленным металлом. Завершающий этап – охлаждение, выбивание и отрезание отливки. Такой способ литья актуален для сплавов, которые плохо поддаются механической обработке. Используется как для выплавки единичных деталей, так и для серийного производства.

Литье по газифицируемым моделям необходимо для получения фасонных отливок. Такой метод является экономичным, эффективным для получения деталей высокого качества. Его все чаще используют в США и Китае. Изготавливается пенопластовая модель, которая помещается в форму из песка. Можно изготовить изделия до двух тонн и больше.

Литье отливок по центробежному методу применяется для изготовления деталей с формой тела вращения, например, гильз и втулок. Литье алюминия происходит в железную форму, которая вращается до трех тысяч оборотов в минуту. Центробежная сила равномерно распределяет состав по всей форме, процесс кристаллизации формирует отливку.

Метод оболочкового и цветного литья позволяет получить фасонные отливки путем литья алюминия в формы из гипса и песка. Готовится смесь из песка и синтетического порошка. Металлическую модель нагревают до 300 градусов, на нее насыпается приготовленная смесь для образования прочной оболочки. Полуформы помещают в металлический корпус, заливают в них расплав. Так создаются отливки весом до двадцати пяти килограмм. Достоинствами такой технологии можно считать контролирование режима охлаждения заготовок, возможность автоматизации процесса, высокий уровень производительности.

В цветном литье широко применяются гипсовые оболочковые формы (гипс с добавлением полимера, который быстро застывает). В металлические формы заливается жидкий цветной металл из меди, бронзы, алюминия, латуни.

Литьё алюминия и алюминиевых сплавов в кокиль

Кокиль представляет собой форму многоразового использования (до 10 000 заливок) и идеально подходит для организации серийного и крупносерийного производства. Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200—300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, установка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление готовой отливки.

Общие требования к отливкам, получаемых в кокилях, — это обтекаемая конфигурация без острых углов, резких переходов от одной поверхности к другой, без высоких ребер и выступов, глубоких отверстий и карманов.

• Минимально допустимая толщина стенок алюминиевых отливок – 3 мм;
• Масса производимых алюминиевых отливок – от 20 г до 50 кг;
• Шероховатость поверхности отливок согласно ГОСТ 2789-73 Ra = 4 — 20 мкм;
• Класс точности получаемых алюминиевых отливок по ГОСТ Р 53464-2009 : 6-10.

Плавка на дровах или газе

Плавка алюминия в домашних условиях на дровах происходит в легких разборных печах. Минусом такого способа является неконтролируемость процесса. Увеличить или уменьшить температуру нагрева невозможно. Вмешаться в процесс возможно, только сняв емкость с алюминием с огня.

Плавка алюминия в домашних условиях на газу — это единственно возможный вариант для квартиры. Греть емкость нужно долго, периодически сливая расплавленный металл. В таком случае отливка выполняется слоями. Для работы понадобятся две металлические емкости таких диаметров, чтобы одна надевалась на другую. Меньшая служит тиглем. Она с ломом, например нарезанной алюминиевой проволокой, ставится на конфорку, с которой нужно снять рассекатель пламени, бытовой газовой плиты. Над большей емкостью придется предварительно поработать. В ее днище выполняются около десятка небольших отверстий. В два или три из них вкручиваются болты, которые исполняют роль рукояток, за которые пассатижами раскаленную емкость можно поднять.

Эта емкость кверху дном надевается на тигель. Такая конструкция и позволяет прогревать алюминий. Периодически верхнюю емкость нужно снимать и металлическим прутом или ножом перемешивать лом. Перед тем как слить расплавленный металл, с его поверхности нужно снять шлак.

Литье алюминия в домашних условиях

При алюминиевом литье под давлением в условиях небольшой мастерской применяют аналогичные технологические особенности с некоторыми изменениями. В быту расплав выливают в подготовленные формы.

Подготовка к процессу

Для сохранения стабильности при литье металла рекомендуется соблюдать некоторые правил:

1. Самостоятельно изготовить агрегат для расплава заготовки.
2. Собрать форму, в которую в дальнейшем будет заливаться сплав.

Непосредственно процесс отлива алюминия состоит из нескольких этапов:

• очистка сырья от загрязнений, нарезка на определенные заготовки для ускорения плавления;
• нагрев металла до критического значения, удаление с поверхности шлаков;
• разлив материала в форму.

Особенности производства форм

Изготовление толстостенных отливок — это первоначальный этап перед непосредственным литьем. В быту сплавы производят закрытым и открытым способом.

Материалы для литых форм

Для изготовления специальных форм применяют следующие материалы:

1. Землю с содержанием кремния укладывают в подготовленную емкость слоями, при этом уплотняя ее. В промежуток устанавливается макет, соответствующий детали, которую будут отливать.
2. Песок в соединении с жидким стеклом.
3. Цемент в растворе с жидкостью, применяемой в тормозных системах.
4. Гипсовые смеси.

Закрытая форма

Данный вид формования используется для производства заготовок сложных форм с высоким качеством. При этом форма состоит из двух составных частей, на которых выполняют будущий силуэт детали.

Закрытая форма

Открытый способ литья

При таком методе жидкий алюминий заливают в форму из подручных материалов, например, консервную банку. При остывании металла его достают, постукивая по стенкам.

Порядок работ

При плавке алюминия необходимо:

• подготовить печь, изготовить ее из кирпичей;
• растопить печь при помощи угля и установить в ее полость емкость, в которой будет плавиться металл;
• убрать с жидкого материала поверхностный шлак;
• разлить в полости пресс форм;
• после остывания очистить деталь от остатков песка или гипса.

Основные ошибки при литье алюминия

При литье могут совершаться некоторые ошибки, которые рекомендуется избегать:

• формы из гипса необходимо просушивать до 2 дней;
• при полном плавлении металла следует быстро заполнить им подготовленные формы;
• запрещается остужать материал при помощи воды.

Соблюдение требований безопасности и технологического процесса позволит получить на выходе сплав высокого качества без вредных примесей.

Особенности промышленного процесса

По технологии литья материал, нагретый до температуры 600°С, поступает в подготовленную форму, изготовленную из стали, при повышенном давлении. Основные отличия способа от аналогичных:

• ускоренный нагрев заготовки до критического значения, при котором происходит плавление;
• благодаря автоматическому управлению происходит точное дозирование сырья;
• увеличенное давление, при котором удается изготавливать изделия сложной геометрии;
• автоматизация производства, в результате чего исключается вмешательство ручного труда;
• повышенная производительность и скорость, из-за чего сокращаются энергозатраты.

Форма для отливки