Литье алюминия в домашних условиях: простые формы и техники

Для расплавления алюминиевого сырья в бытовых условиях применяют самодельные тигельные печи на основе шамотного кирпича или обрезков жаростойких плит. Внутри обустраивают камеру с укладкой дров или поддувом через фен.

Температуры в пределах 700–800 °C достаточно, чтобы получить расплав из пищевых банок или радиаторных ребер. Для ускорения плавления стоит добавлять по 1–2 грамма хлорида натрия, который предотвращает образование пены.

Металл помещается в тигель из стали марки 08Х18Н10 или жаростойкого чугуна, но можно использовать графитовый стакан, если он выдерживает нагрев не менее 1000 °C. При перегреве алюминий начинает активно поглощать кислород воздуха, поэтому плавка должна занимать не больше 20 минут.

Для защиты от окисления стоит засыпать стеклобой или древесный уголь прямо в тигель. Это уменьшит потери при заливке и улучшит однородность заготовки.

После плавления расплав фильтруют от шлака. Это выполняется наливом через металлическую сетку или медную решетку в подогретую емкость.

Температура форм не должна быть ниже 200 °C, иначе жидкость схватится раньше времени. Перед формованием внутрь добавляют 0,5–1% магния или кремния, чтобы улучшить литьевые качества и снизить пористость. В случае с литейными сплавами важно, чтобы содержание железа не превышало 0,6%.

Для изготовления формы используют гипс, сухой песок с глиной, древесный уголь и жидкое стекло. Простое решение — форма из двух половинок фанеры с вырезанной выемкой по контуру будущей детали.

Такие шаблоны используют при литье пластин, шкивов и небольших рычагов. Стенки покрываются тальком или золой для улучшения отделения заготовки после затвердевания.

В тех случаях, когда деталь имеет сквозные каналы или выступы, применяют выплавляемые модели. Их делают из воска или пенопласта, закрепляя на шпажках в емкости.

Формовочную массу наносят в несколько слоев, сушат и обжигают. При нагреве заготовка удаляется, оставляя в теле полость нужной формы. Такие методы подойдут для копирования мелких деталей с рельефной поверхностью.

Песчаные смеси готовятся из кварцевого песка фракции 0,2–0,8 мм, каолиновой глины и воды. Соотношение компонентов составляет 80:15:5 по массе.

Смесь тщательно перемешивается до состояния влажной крошки, затем укладывается в разъемную форму с утрамбовкой. После извлечения модели половинки смачиваются спиртом, соединяются, в верхней части прокалываются каналы для выхода газа. При правильной набивке литье не трескается и сохраняет контуры.

Для мелких изделий используется гипс марки Г-6 или Г-7 с добавлением 5% порошка талька. После замешивания заливается в форму с моделью, через 30 минут извлекается и просушивается при 120 °C.

Влажность должна быть минимальной, иначе при контакте с расплавом возможно образование пузырей. Из гипсовых форм получают отливки массой до 500 грамм с детализацией до 0,2 мм.

Заливку расплава выполняют тонкой струей, начиная с самой глубокой части формы. Емкость подогревают до 250 °C для исключения термического удара.

Время затвердевания при комнатной температуре — около 10 минут на 1 сантиметр толщины. Заготовку достают, когда она остынет до 80–90 °C, при более высоких значениях может произойти деформация. Затем ее выдерживают при 250 °C в течение 2–3 часов для снятия внутренних напряжений.

После охлаждения поверхность очищают от облоя и остатков песка стальной щеткой или абразивной губкой зернистостью 80. Отливки с повышенной шероховатостью обрабатываются наждачной бумагой P60 с последующим шлифованием P120.

Для получения ровных кромок придают форму наждачным кругом или напильником. В случае с крупными заготовками применяют болгарку с лепестковым диском диаметром 125 мм.

Для пробного литья не требуется точный контроль химического состава, но при массовом изготовлении стоит использовать алюминиевый лом марки АК5М2 или АК7 с содержанием меди не более 0,3%. Эти сплавы обладают стабильной текучестью и легко обрабатываются.

В частных мастерских распространено применение смесей из алюминия с добавлением 3–4% кремния для повышения прочности без ухудшения обрабатываемости.

Толщина стенок при отливке не должна быть менее 4 мм, иначе возникает риск неполного заполнения. Максимальный перепад толщины между секциями — не более 2:1, иначе возникают напряжения.

При литье рычагов, втулок и пластин обеспечивают равномерное сечение и минимальный наклон внутренних поверхностей в пределах 2–3° для упрощения съема.

При проектировании модели учитывается усадка металла в пределах 1,2–1,6%. Для сложных фигур прибавку закладывают на каждую координату.

Для соединения литников используют жесть толщиной 0,5 мм. В случае с фигурными заготовками можно использовать вакуумный отсос, но чаще достаточно вентиляционных каналов диаметром 3 мм. Их располагают по периферии формы с выводом наружу.

Объём формы должен быть на 20–25% больше расплавленного объёма. Это необходимо для компенсации усадки и обеспечения подачи металла до момента полного затвердевания.

Для отливок до 2 кг объем тигля выбирается с запасом не менее 2,5 литра. Вес одной заготовки определяется по формуле масса = объем × плотность, где плотность — 2,7 г/см³ для чистого металла.

Применение форм на основе древесного угля позволяет снизить риск прилипания и придаёт изделию ровную матовую поверхность. Углеволоконная оболочка выдерживает до 900 °C, подходит для получения мелких декоративных элементов.

В случае с кольцами и декоративными вставками оправку охлаждают для ускорения схватывания.

Соблюдение геометрии формы достигается за счёт использования струбцин и металлических скоб. Давление должно быть равномерным, иначе возможно искривление заливки.

При использовании песчаных матриц важно тщательно просеивать состав и контролировать влагосодержание. Оптимальная влажность — не более 4%. Для регулировки подсыпают золу или мел.

Обработка готовой отливки осуществляется механически — сверлением, нарезкой, фрезерованием. При установке на станке используют жесткую фиксацию, чтобы избежать вибраций.

Угловая скорость обработки — 4000 об/мин для фрезы диаметром 8 мм при глубине резания до 1,5 мм. При сверлении отверстий применяют режим 0,2 мм/об с охлаждением спиртовой жидкостью.