JĘZYK 
Dom / Aktualności / Wiadomości branżowe / Pomysły na odlewy aluminium: metody, stopy, projekty i wykończenia
Bezpośrednia odpowiedź: od czego zacząć pomysły na odlewy aluminiowe
Najbardziej wykonalne odlew aluminiowy pomysły można podzielić na cztery praktyczne grupy: okucia dekoracyjne i elementy architektoniczne, takie jak uchwyty do szuflad, tabliczki z numerem domu i wsporniki balustrad; funkcjonalne części zamienne do silników i maszyn, takie jak pokrywy zaworów, złączki dolotowe i wsporniki montażowe; oprzyrządowanie warsztatowe, takie jak przyrządy, płyty mocujące i bloki wyrównujące; oraz elementy rzeźbiarskie lub wystawowe, takie jak medaliony, markery roślinne i małe posągi. W pierwszym projekcie zastosowano odlewanie piaskowe zasilane grawitacyjnie Stop aluminium A356 jest najbardziej wybaczającym punktem wyjścia. A356 ma wygodny zakres zalewania od około 705 do 760 stopni C, dobrze wypełnia cienkie sekcje i obrabia się czysto po przejściu obróbki cieplnej T6.
Piec opalany propanem, zbudowany z płaszcza rury stalowej z wyłożeniem z materiału ogniotrwałego lub ceramicznego, może stopić wsad czystego złomu lub wlewka aluminiowego o masie od 2 do 5 kilogramów. 25 do 40 minut , wygodnie osiągając temperaturę zalewania ponad 700 stopni C potrzebną do czystego wypełnienia. Jest to główny powód, dla którego pomysły na odlewy aluminiowe są tak łatwo dostępne w porównaniu z brązem, który wymaga temperatury od 950 do 1000 stopni C, lub żeliwem, które pracuje w temperaturze powyżej 1370 stopni C. W połączeniu ze stosunkiem wytrzymałości do masy bliskim jednej trzeciej gęstości stali po obróbce cieplnej, odlewy aluminiowe stają się naprawdę użyteczne, a nie czysto dekoracyjne.
Dlaczego aluminium jest domyślnym metalem w projektach odlewniczych
Przed podjęciem decyzji o projekcie warto poznać konkretne właściwości materiału, które sprawiają, że aluminium nadaje się do odlewania i jest trwałe. Poniższe rysunki wyjaśniają, dlaczego aluminium pojawia się we wszystkim, od bloków silnika po ramy obrazów i ozdoby ogrodowe.
Niska temperatura topnienia, szerokie okno procesowe
Czyste aluminium topi się w temperaturze 660,3 stopnia C, a popularne stopy odlewnicze topią się w zakresie od około 555 do 650 stopni C, w zależności od zawartości krzemu i miedzi. Zakres ten mieści się w zasięgu pieców opalanych propanem, gazem ziemnym, a nawet węglem drzewnym, co nie jest prawdą w przypadku stopów na bazie miedzi lub żeliwa.
Płynność dla przekrojów cienkościennych
Stopy aluminiowo-krzemowe, takie jak A356 i A380, pozostają płynne wystarczająco długo, aby wypełnić sekcje ścian o grubości 2,5 do 3 mm w formach piaskowych i do około 1 mm w przypadku odlewania ciśnieniowego. Dlatego cienkie panele dekoracyjne, kratki i obudowy można odlewać, a nie obrabiać z litego materiału.
Przyrost siły po obróbce cieplnej
Odlany A356 ma wytrzymałość na rozciąganie w pobliżu 159 MPa. Obróbka cieplna T6, co oznacza obróbkę roztworem w temperaturze około 540 stopni C, po której następuje hartowanie w wodzie i starzenie w temperaturze około 155 stopni C przez 4 do 6 godzin, podnosi tę wartość do około 262 MPa z wydłużeniem od 5 do 7 procent.
Możliwość recyklingu i przewidywalny koszt materiałów
Aluminium można przetapiać wielokrotnie, przy zaledwie 5–8% stratach na skutek utleniania na cykl. Złom aluminiowy z kół, profili i części silnika kosztuje zwykle od 1,50 do 3,00 USD za funt, podczas gdy cena nowego wlewka kosztuje od 2,50 do 4,00 USD za funt, co zapewnia przewidywalność kosztów materiałów w przypadku powtarzalnych projektów.
Dopasowanie procesu odlewniczego do projektu
Ten sam pomysł na odlewanie aluminium można zrealizować w kilku różnych procesach, a wybór wpływa na koszt oprzyrządowania, możliwe wykończenie powierzchni i liczbę części, które można wyprodukować w jednym cyklu.
| Proces | Typowy rozmiar serii | Wykończenie powierzchni | Tolerancja | Koszt oprzyrządowania | Najlepiej nadaje się do |
|---|---|---|---|---|---|
| Odlewanie piasku | 1 do 50 sztuk | Ra od 250 do 500 mikro cali | plus minus 1,5 mm na 25 mm | Wzór od 20 do 150 USD | Wsporniki, tabliczki, prototypy jednorazowe |
| Forma trwała (grawitacyjna) | 100 do 10 000 sztuk | Ra od 100 do 200 mikro cali | plus minus 0,5 mm | Forma o wartości od 500 do 3000 USD | Koła, obudowy, powtarzalny osprzęt |
| Inwestycja (utracony wosk) | Od 1 do 1000 sztuk | Ra od 60 do 125 mikro cali | plus minus 0,13 mm na 25 mm | 50 do 500 USD za wzór | Szczegółowe rzeźby, medaliony, części w skali jubilerskiej |
| Odlewanie pod wysokim ciśnieniem | Ponad 10 000 sztuk | Ra od 32 do 63 mikro cali | plus minus 0,1 mm | Oprzyrządowanie o wartości od 10 000 do 100 000 USD | Obudowy do produkcji masowej, wsporniki samochodowe |
Dwanaście pomysłów na projekty odlewów aluminiowych, które warto zbudować
Poniższa lista przechodzi od prostych elementów dekoracyjnych do funkcjonalnych części mechanicznych, uporządkowanych z grubsza według rosnącej złożoności wzoru i wymagań w zakresie tolerancji. Każdy pomysł zawiera praktyczną notatkę dotyczącą grubości stopu lub ścianki, dzięki czemu projekt może przejść od pomysłu do wzoru.
- Niestandardowe uchwyty do szuflad i okucia do szafek - odlany w kolorze A356 z wykończoną ścianą o grubości od 4 do 6 mm, następnie polerowany lub anodowany w celu uzyskania spójnego wyglądu w kuchni lub warsztacie.
- Grawerowane tabliczki z numerem domu - odlewy z płaskim grzbietem o wymiarach 150 na 100 na 6 mm, odlewane w piasku, a następnie piaskowane przy użyciu materiału o ziarnistości 80 w celu uzyskania matowej, odpornej na warunki atmosferyczne powierzchni.
- Nakładki na uchwyty narzędziowe i ergonomiczne uchwyty - odlany wokół stalowej wkładki rdzeniowej ze stopu 535.0, wybranego ze względu na gładkie polerowanie na zakrzywionych powierzchniach.
- Osłony zaczepu przyczepy i zaślepki punktów holowniczych - produkowane metodą trwałego odlewania grawitacyjnego ze ścianką o grubości od 3 do 5 mm, a następnie malowane proszkowo w celu zapewnienia długotrwałej odporności na promieniowanie UV.
- Pokrywy zaworów do motocykli i quadów - skomplikowany wzór żeberek chłodzących sprzyja odlewaniu w piasku z rdzeniami, przy użyciu stali A356-T6 przystosowanej do pracy ciągłej w temperaturach do około 200 stopni C.
- Ozdoby ogrodowe i markery roślinne - odlewy cienkościenne o grubości około 2 do 3 mm, pozostawione w stanie odlanym lub wykończone bezbarwnym lakierem ochronnym.
- Obudowy opraw oświetleniowych i podstawy lamp - odlewy piaskowe kanałowe z rdzeniami wewnętrznymi usuniętymi po zalaniu, a następnie obrobione pod kanały kablowe.
- Nóżki meblowe i wsporniki nóg stołowych - części nośne, które wymagają wewnętrznych zaokrągleń o grubości co najmniej 3 mm, aby uniknąć naprężeń, odlane w A356-T6.
- Klamry do paska i medaliony z nagrodami - odlew metodą traconą pozwala uchwycić drobne detale reliefowe o wielkości do około 0,5 mm, idealne do grawerowanych logo lub tekstu.
- Zamienne części miski wlotowej i pływakowej do silników zabytkowych - Stop A380 zapewnia dobrą odporność na paliwo i obrabialność w przypadku portów gwintowanych.
- Niestandardowe kołpaki środkowe kół - trwałe oprzyrządowanie formy zapewnia powtarzalną tolerancję średnicy potrzebną do pasowania wtłaczanego, a następnie polerowania lustrzanego.
- Kupuj płyty mocujące i przyrządy do wyrównywania - funkcjonalne oprzyrządowanie odlane z A356-T6 z żebrowanym spodem, który dodaje sztywności bez dodawania masy.
Zasady projektowania wzorów i form, które zapobiegają nieprawidłowemu wylaniu
Trzy nawyki projektowe oddzielają czysty odlew od odlewu pełnego pęknięć, pustek lub niewypełnionych narożników. Grubość ścianki, kąt pochylenia i promień zaokrąglenia wpływają na krzepnięcie aluminium, a każdy z nich jest łatwy do naprawienia na etapie modelu, ale późniejszy jest kosztowny.
Grubość ścianki: odlewy piaskowe powinny utrzymywać grubość ścian co najmniej 3 mm, przy czym 4 do 6 mm jest znacznie bardziej niezawodne w przypadku części konstrukcyjnych, ponieważ cieńsze sekcje schładzają się i krzepną, zanim metal będzie mógł je całkowicie wypełnić. Grubość odlewów trwałych może wynosić od 1,5 do 2 mm, ponieważ stalowa forma szybciej odprowadza ciepło i utrzymuje metal w ruchu dłużej w stosunku do własnego czoła krzepnięcia.
Kąt pochylenia: pionowe powierzchnie wzoru odlewu piaskowego wymagają od 1 do 3 stopni przeciągu na stronę, aby wzór unosił się czysto, bez rozdzierania piasku. W przypadku trwałych narzędzi do form można zastosować płytsze nachylenie od 0,5 do 1,5 stopnia, ponieważ powierzchnia polerowanej stali łatwiej się uwalnia niż ubity piasek.
Promień zaokrąglenia: każdy narożnik wewnętrzny powinien mieć promień zaokrąglenia równy lub większy niż lokalna grubość ściany, przy czym praktyczne minimum wynosi 3 mm. Ostre wewnętrzne rogi skupiają naprężenia w miarę stygnięcia i kurczenia się odlewu i są najczęstszym punktem wyjścia do gorących łez.
Naddatek na skurcz i dlaczego wzory są zbyt duże
Aluminium kurczy się w trzech etapach, przechodząc od cieczy do chłodnego ciała stałego: skurcz w cieczy wynoszący około 3,5 do 6 procent objętościowych, skurcz podczas krzepnięcia wynoszący około 3,0 do 8,5 procent w zależności od stopu i skurcz podczas chłodzenia w stanie stałym wynoszący około 1,3 procent liniowo dla A356 pomiędzy temperaturą solidusu a temperaturą pokojową. Twórcy wzorów kompensują ostatni etap, wycinając nadmiar wzoru przy użyciu reguły zmniejszania, zwykle około 5/32 cala na stopę, co jest bliskie wartości 1,3 procent w przypadku A356. Jako przykład, gotowy wymiar 300 mm w A356 powinien zaczynać się od wymiaru wzoru wynoszącego około 303,9 mm, obliczonego jako 300 pomnożone przez 1,013.
| Stop | Liniowy naddatek na skurcz | Przybliżona zasada tworzenia wzorów |
|---|---|---|
| A356.0 | 1,3 proc | 5/32 cala na stopę |
| A380.0 | 1,6 proc | 3/16 cala na stopę |
| 443.0 | 1,3 proc | 5/32 cala na stopę |
| 535.0 | 1,4 proc | 5/32 do 3/16 cala na stopę |
Wybór odpowiedniego stopu aluminium do danego zadania
Wybór stopu wpływa na płynność podczas zalewania, wytrzymałość po obróbce cieplnej, odporność na korozję, obrabialność i to, jak dobrze powierzchnia reaguje na polerowanie lub anodowanie. Poniższa tabela porównuje cztery stopy, które obejmują większość pomysłów na odlewy aluminiowe, od wsporników konstrukcyjnych po elementy dekoracyjne o wysokim połysku.
| Stop | Główne pierwiastki stopowe | Wytrzymałość na rozciąganie | Wydłużenie | Najlepsze dla |
|---|---|---|---|---|
| A356.0 (T6) | Krzem 7%, Magnez 0,35% | 262 MPa | 5 do 7 proc | Odlewy konstrukcyjne, koła, wsporniki |
| A380.0 | Krzem 8,5%, Miedź 3,5% | 324 MPa | 3 procent | Odlewy ciśnieniowe, obudowy, części układu paliwowego |
| 443.0 | Krzem 5,2% | 130 MPa | 9 procent | Sprzęt morski, okucia odporne na korozję |
| 535,0 (Almag 35) | Magnez 6,8% | 241 MPa | 9 procent | Elementy dekoracyjne o wysokim połysku, okucia anodowane |
Wyższa zawartość krzemu poprawia płynność i zmniejsza rozrywanie na gorąco, dlatego też A380 i A356 są preferowane w przypadku cienkich lub złożonych przekrojów, ale te same cząstki krzemu przyspieszają zużycie narzędzi skrawających, dlatego do obróbki tych stopów zaleca się stosowanie narzędzi węglikowych. Natomiast 535.0 nie zawiera krzemu i można go dokładnie obrabiać standardowymi narzędziami ze stali szybkotnącej, co w połączeniu z silną reakcją na polerowanie mechaniczne sprawia, że pozostaje popularny w odlewach dekoracyjnych z lustrzanym wykończeniem.
Od zgrubnego odlewu do gotowego elementu: opcje obróbki powierzchni
Odlew prosto z formy ma szorstką, piaszczystą lub teksturowaną powierzchnię i ostre występy, które należy usunąć, zanim część będzie wyglądać i działać zgodnie z przeznaczeniem. Pięć poniższych zabiegów obejmuje większość pomysłów na odlewy aluminiowe, od szybkiego czyszczenia po polerowany na lustro element pokazowy.
Oczyszczanie i gratowanie
Bramy, piony i nadlewkę usuwa się za pomocą szlifierki kątowej, piły taśmowej lub pilnika ręcznego. W przypadku partii małych części, bębnowanie wibracyjne z mediami ceramicznymi 4 do 8 godzin zaokrągla krawędzie i usuwa wypływki linii podziału bez konieczności ręcznego wykańczania każdego elementu.
Piaskowanie w celu uzyskania jednolitego matowego wykończenia
Kulki szklane o ziarnistości od 60 do 100, stosowane pod ciśnieniem od 80 do 100 PSI, dają spójną satynową teksturę, która pomaga również ukryć drobne porowatości powierzchni. Jest to powszechne wykończenie wsporników zewnętrznych, znaczników roślin i osprzętu narzędziowego.
Polerowanie mechaniczne
Przechodzenie przez materiały ścierne o ziarnistości 80, 120, 240, 400, 600 i 1200, a następnie tarcza polerska i pasta polerska, może doprowadzić A356 lub 535.0 do lustrzanego wykończenia w mniej więcej 30 do 45 minut na małą część . Stopy o wyższej zawartości krzemu, takie jak A380, polerują mniej równomiernie, ponieważ cząstki krzemu są odporne na ścieranie w inny sposób niż otaczająca je osnowa aluminiowa.
Anodowanie dla uzyskania koloru i odporności na zużycie
Anodowanie kwasem siarkowym typu II tworzy warstwę tlenku o grubości około 5 do 25 mikronów bezpośrednio na powierzchni aluminium, która może przyjąć kolory barwników i podnosi twardość powierzchni z około 75 do 90 HV dla gołego aluminium do około 300 do 400 HV dla warstwy anodowanej.
Malowanie proszkowe zapewniające trwałość na zewnątrz
Proszek nakłada się elektrostatycznie i utwardza w temperaturze 190–205 stopni C przez 10–20 minut, tworząc odporne na promieniowanie UV i odpryski wykończenie, dobrze nadające się do ozdób ogrodowych, osłon zaczepów i innych części znajdujących się na zewnątrz.
Typowe wady odlewania i jak je wcześnie wykryć
Większość problemów z odlewaniem aluminium ma swoje źródło w jednej z sześciu przyczyn, a każda z nich pozostawia rozpoznawalny ślad na gotowej części. Sprawdzenie ich przed zainwestowaniem czasu w wykańczanie pozwala zaoszczędzić wiele pracy związanej z polerowaniem części, która nigdy nie wytrzymałaby.
| Wada | Typowa przyczyna | Jak to zauważyć | Zapobieganie |
|---|---|---|---|
| Porowatość gazu | Wodór rozpuszczony w stopie z wilgoci powierzchniowej | Małe okrągłe puste przestrzenie rozproszone w przekroju | Odgazuj stopiony materiał i dokładnie wysusz narzędzia i formy przed wylaniem |
| Porowatość skurczowa | Niewystarczający metal wsadowy, ponieważ grube sekcje krzepną jako ostatnie | Nieregularne puste przestrzenie w pobliżu pionów lub połączeń o grubych przekrojach | Rozmiar taśm powinien być większy niż sekcja, którą zasilają, i umieść je w najwyższym punkcie |
| Zimne zamknięcie | Dwa strumienie metalu spotykają się bez stapiania, często w niskiej temperaturze zalewania | Widoczny szew lub linia przypominająca pęknięcie na powierzchni | Podnieś temperaturę zalewania i popraw prędkość zalewu |
| Misrun | Metal twardnieje przed całkowitym wypełnieniem gniazda formy | Niekompletny odlew z zaokrąglonymi, niewypełnionymi krawędziami | Podnieś temperaturę zalewania, powiększ bramy lub podgrzej formę |
| Gorące rozdzieranie | Odlew jest utwierdzany przez formę podczas kurczenia się w wysokiej temperaturze | Postrzępione pęknięcie na przejściu sekcji | Dodaj zaokrąglenia, unikaj gwałtownych zmian przekroju i używaj składanych rdzeni |
| Inkluzje | Piasek, warstwa tlenku lub żużel przenoszony do wnęki formy | Twarde miejsca odporne na obróbkę lub plamy na powierzchni | Przed wylaniem przefiltruj system wlewowy i usuń żużel |
Budżetowanie czasu, materiałów i energii dla projektu odlewu aluminium
Podstawowa konfiguracja pieca na propan na skalę hobbystyczną, obejmująca płaszcz pieca, tygiel, szczypce do podnoszenia, kadź do wylewania i sprzęt ochronny, zwykle działa 300 do 800 dolarów i może stopić ładunki o masie od 2 do 5 kilogramów. Zielony piasek do form nadaje się do ponownego użycia przez setki cykli z jedynie niewielkim uzupełnieniem dodatków pomiędzy wylaniem, dzięki czemu koszt materiału w przeliczeniu na część jest zdominowany przez samo aluminium, a nie przez media formierskie.
700 do 760 C
Typowa temperatura zalewania dla A356, wystarczająco wysoka, aby zapewnić czyste wypełnienia bez nadmiernego tworzenia się tlenków.
25 do 40 minut
Czas topienia wsadu 5 kg w piecu na propan, aby osiągnąć temperaturę zalewania od zimnego startu.
1,3 proc
Liniowy naddatek na skurcz wbudowany we wzorce A356 pomiędzy temperaturą zalewania a temperaturą pokojową.
5 do 8 proc
Przetapianie strat spowodowanych utlenianiem na cykl przy ponownym wykorzystaniu złomu aluminiowego lub wlewów i pionów.
W przypadku planowania czasu wykonanie wzoru dla średnio szczegółowej części zajmuje od 2 do 8 godzin, w zależności od tego, czy jest ona wyrzeźbiona z drewna, obrobiona maszynowo czy wydrukowana w 3D. Wybijanie formy z zielonego piasku z gotowego wzoru zajmuje od 1 do 3 godzin w przypadku pojedynczej formy. Etap topienia i zalewania, obejmujący nagrzewanie pieca, trwa od 1 do 2 godzin, a schładzanie przed wytrząsaniem trwa od 30 minut w przypadku małych, cienkich części do 2 godzin w przypadku cięższych przekrojów. Oczyszczanie i wykańczanie, w zależności od wybranej obróbki powierzchni, wydłuża czas trwania o kolejne 1 do 4 godzin. Podsumowując, pojedynczy, umiarkowanie złożony pomysł na odlew aluminiowy może zostać przeniesiony od szkicu do gotowej części w ciągu jednego dnia roboczego, gdy wzór jest gotowy, a większość tego czasu spędza się na przygotowaniu i wykańczaniu formy, a nie na samym zalewaniu.
