JEZIK 
Dom / Vijesti / Vijesti o industriji / Ideje za lijevanje aluminija: metode, legure, dizajn i završne obrade
Izravan odgovor: Odakle započeti s idejama za aluminijski lijev
Najizvediviji aluminijski odljevak ideje spadaju u četiri praktične skupine: ukrasni hardver i arhitektonski dodaci kao što su ručke za ladice, pločice s kućnim brojevima i nosači za ograde; funkcionalni zamjenski dijelovi za motore i strojeve kao što su poklopci ventila, usisni priključci i nosači za montiranje; radnički alat kao što su šablone, ploče za učvršćenje i blokovi za poravnanje; i skulpturalne ili izložbene komade kao što su medaljoni, oznake biljaka i male statue. Za prvi projekt, korištenje gravitacijskog lijevanja u pijesku A356 legura aluminija je polazište koje najviše oprašta. A356 ima ugodan raspon izlijevanja od otprilike 705 do 760 stupnjeva C, dobro ispunjava tanke dijelove i čisto se obrađuje nakon što prođe T6 toplinsku obradu.
Peć na propan izgrađena od čeličnog omotača cijevi s vatrostalnom ili keramičkom oblogom može rastopiti šaržu od 2 do 5 kilograma čistog aluminijskog otpada ili ingota u 25 do 40 minuta , ugodno dostižući temperaturu izlijevanja od 700 plus stupnjeva C potrebnu za čisto punjenje. To je glavni razlog zašto su ideje za aluminijsko lijevanje toliko pristupačne u usporedbi s broncom, za koju je potrebno 950 do 1000 stupnjeva C, ili lijevanim željezom, koje radi iznad 1370 stupnjeva C. U kombinaciji s omjerom čvrstoće i težine blizu jedne trećine gustoće čelika nakon toplinske obrade, aluminijski odljevci na kraju su zaista korisni, a ne čisto dekorativni.
Zašto je aluminij zadani metal za projekte lijevanja
Prije nego što se odlučite za projekt, korisno je znati specifična svojstva materijala koja aluminij čine lijevanim i izdržljivim. Slike ispod objašnjavaju zašto se aluminij pojavljuje u svemu, od blokova motora do okvira za slike i vrtnih ukrasa.
Nisko talište, širok procesni prozor
Čisti aluminij se tali na 660,3 stupnja C, a uobičajene legure za lijevanje tale su se u rasponu od otprilike 555 do 650 stupnjeva C, ovisno o sadržaju silicija i bakra. Taj se raspon dobro uklapa u peći na propan, prirodni plin ili čak peći na drveni ugljen, što nije točno za legure na bazi bakra ili lijevano željezo.
Fluidnost za presjeke tankih stijenki
Legure aluminija i silicija kao što su A356 i A380 ostaju tekuće dovoljno dugo da popune dijelove zida tanke kao 2,5 do 3 mm u pješčanim kalupima i do oko 1 mm u tlačnom lijevanju. Zbog toga se tanke ukrasne ploče, rešetke i kućišta mogu lijevati, a ne strojno obrađivati od čvrstog materijala.
Dobitak snage nakon toplinske obrade
Lijevani A356 ima vlačnu čvrstoću blizu 159 MPa. T6 toplinska obrada, što znači obrada otopinom oko 540 stupnjeva C nakon čega slijedi gašenje vodom i starenje na otprilike 155 stupnjeva C tijekom 4 do 6 sati, podiže to na oko 262 MPa s 5 do 7 posto istezanja.
Mogućnost recikliranja i predvidljivi trošak materijala
Aluminij se može opetovano taliti sa samo 5 do 8 posto gubitaka zbog oksidacije po ciklusu. Otpad aluminija od kotača, ekstruzija i dijelova motora obično se kreće od 1,50 do 3,00 USD po funti, dok se novi ingot kreće od 2,50 do 4,00 USD po funti, što troškove materijala čini predvidljivima za ponovljene projekte.
Usklađivanje procesa lijevanja s projektom
Ista ideja lijevanja aluminija može se provesti kroz nekoliko različitih procesa, a izbor mijenja trošak alata, moguću završnu obradu površine i koliko dijelova ima ekonomskog smisla proizvesti u jednom ciklusu.
| Proces | Tipična veličina serije | Površinska obrada | Tolerancija | Trošak alata | Najprikladnije za |
|---|---|---|---|---|---|
| Lijevanje u pijesak | 1 do 50 komada | 250 do 500 mikroinča Ra | plus ili minus 1,5 mm na 25 mm | Uzorak od 20 do 150 USD | Nosači, ploče, jednokratni prototipovi |
| Trajna plijesan (gravitacija) | 100 do 10.000 komada | 100 do 200 mikroinča Ra | plus ili minus 0,5 mm | 500 do 3000 USD kalupa | Kotači, kućišta, ponavljanje hardvera |
| Ulaganje (izgubljeni vosak) | 1 do 1.000 komada | 60 do 125 mikroinča Ra | plus ili minus 0,13 mm na 25 mm | 50 do 500 USD po uzorku | Detaljne skulpture, medaljoni, dijelovi nakita |
| Visokotlačni lijev pod pritiskom | Više od 10.000 komada | 32 do 63 mikroinča Ra | plus ili minus 0,1 mm | 10.000 do 100.000 USD alata | Kućišta masovne proizvodnje, automobilski nosači |
Dvanaest ideja za projekte lijevanja aluminija vrijednih izgradnje
Popis u nastavku kreće se od jednostavnih ukrasnih komada prema funkcionalnim mehaničkim dijelovima, poredanim grubo prema rastućoj složenosti uzorka i zahtjevima tolerancije. Svaka ideja uključuje praktičnu napomenu o leguri ili debljini stijenke tako da projekt može prijeći ravno od ideje do uzorka.
- Prilagođene poteznice za ladice i okovi za ormariće - izliven u A356 s gotovim zidom od 4 do 6 mm, zatim poliran ili anodiziran za dosljedan izgled po kuhinji ili radionici.
- Gravirane pločice s kućnim brojevima - odljevci s ravnim stražnjim dijelom veličine oko 150 x 100 x 6 mm, lijevani u pijesku i zatim pjeskareni s medijem granulacije 80 za mat površinu otpornu na vremenske uvjete.
- Prekrivači ručki alata i ergonomski rukohvati - izliveno oko umetka od čelične jezgre od legure 535.0, odabrane zbog glatkog sjaja na zakrivljenim površinama.
- Poklopci za kuku prikolice i poklopci za vučnu točku - proizvedeni trajnim gravitacijskim lijevanjem u kalupe sa stijenkom od 3 do 5 mm, zatim premazani prahom za dugotrajnu UV otpornost.
- Poklopci ventila za motocikle i ATV - zamršeni uzorci rebara za hlađenje pogoduju lijevanju u pijesak s jezgrama, koristeći A356-T6 ocijenjeno za kontinuirani rad do otprilike 200 stupnjeva C.
- Vrtni ukrasi i markeri za biljke - odljevci tankih stijenki oko 2 do 3 mm, ostavljeni kao lijevani ili obrađeni prozirnim zaštitnim lakom.
- Kućišta rasvjetnih tijela i postolja svjetiljki - odljevci od pijeska sa šupljom jezgrom s unutarnjim jezgrama uklonjenim nakon izlijevanja, zatim strojno obrađeni za kanale za ožičenje.
- Noge za namještaj i nosači za noge stola - nosivi dijelovi koji zahtijevaju unutarnje udubljenja od najmanje 3 mm kako bi se izbjegle podizače naprezanja, lijevani u A356-T6.
- Kopče za remen i nagradni medaljoni - livenje za uložak hvata fine reljefne detalje do otprilike 0,5 mm, idealno za ugravirane logotipe ili tekst.
- Zamjenski dijelovi usisa i plovka za stare motore - A380 legura nudi dobru otpornost na gorivo i obradivost za otvore s navojem.
- Prilagođene središnje kapice kotača - trajni alati za kalupe daju ponovljivu toleranciju promjera potrebnu za presovanje, a zatim zrcalno polirani.
- Kupite ploče za učvršćenje i šablone za poravnanje - funkcionalni alat izliven u A356-T6 s rebrastom donjom stranom koja dodaje krutost bez dodavanja mase.
Pravila dizajna uzorka i kalupa koja sprječavaju neuspješno izlijevanje
Tri navike dizajna odvajaju čisti izljev od odljevka punog pukotina, praznina ili nepopunjenih kutova. Debljina stijenke, kut nagiba i radijus ugla uzajamno djeluju na način na koji se aluminij skrućuje, a svaki od njih je lako popraviti u fazi uzorka, ali je skupo popraviti nakon toga.
Debljina stijenke: odljevci od pijeska trebali bi držati stijenke na minimalno 3 mm, pri čemu je debljina od 4 do 6 mm daleko pouzdanija za strukturne dijelove, budući da se tanji dijelovi ohlade i skrutnu prije nego što ih metal može u potpunosti ispuniti. Odljevci trajnog kalupa mogu se smanjiti na 1,5 do 2 mm jer čelični kalup brže odvodi toplinu i održava metal dulje u kretanju u odnosu na vlastitu frontu skrućivanja.
Kut gaza: okomite strane na šabloni za lijevanje u pijesak trebaju 1 do 3 stupnja propuha po strani kako bi se šara čisto podigla bez kidanja pijeska. Alat za trajni kalup može koristiti pliće od 0,5 do 1,5 stupnjeva jer se polirana čelična površina lakše oslobađa nego nabijeni pijesak.
Radijus zaobljenja: svaki unutarnji kut trebao bi imati polumjer zaobljenja jednak ili veći od lokalne debljine stijenke, s 3 mm kao praktičnim minimumom. Oštri unutarnji kutovi koncentriraju naprezanje dok se odljevak hladi i skuplja, te su najčešće početna točka za vruće pukotine.
Dopušteno skupljanje i zašto su uzorci preveliki
Aluminij se skuplja u tri faze dok prelazi iz tekućeg u hladno kruto stanje: tekuće skupljanje od otprilike 3,5 do 6 posto volumena, skupljanje od skrućivanja od otprilike 3,0 do 8,5 posto, ovisno o leguri, i skupljanje u čvrstom stanju hlađenjem od oko 1,3 posto linearno za A356 između temperature solidusa i sobne temperature. Proizvođači uzoraka kompenziraju posljednju fazu rezanjem prevelike veličine uzorka pomoću pravila skupljanja, obično oko 5/32 inča po stopi, što je blizu brojke od 1,3 posto za A356. Kao radni primjer, gotova dimenzija od 300 mm u A356 trebala bi početi kao dimenzija uzorka od oko 303,9 mm, izračunata kao 300 pomnoženo s 1,013.
| Legura | Linearno skupljanje | Približno pravilo za izradu uzorka |
|---|---|---|
| A356.0 | 1,3 posto | 5/32 inča po stopalu |
| A380.0 | 1,6 posto | 3/16 inča po stopalu |
| 443.0 | 1,3 posto | 5/32 inča po stopalu |
| 535.0 | 1,4 posto | 5/32 do 3/16 inča po stopalu |
Odabir prave aluminijske legure za posao
Odabir legure utječe na fluidnost tijekom izlijevanja, čvrstoću nakon toplinske obrade, otpornost na koroziju, obradivost i koliko dobro površina reagira na poliranje ili eloksiranje. Tablica u nastavku uspoređuje četiri legure koje pokrivaju većinu ideja za aluminijsko lijevanje, od strukturalnih nosača do ukrasnog hardvera visokog sjaja.
| Legura | Glavni legirajući elementi | Vlačna čvrstoća | Elongacija | Najbolje za |
|---|---|---|---|---|
| A356.0 (T6) | Silicij 7%, magnezij 0,35% | 262 MPa | 5 do 7 posto | Konstrukcijski odljevci, kotači, nosači |
| A380.0 | Silicij 8,5%, bakar 3,5% | 324 MPa | 3 posto | Tlačni odljevci, kućišta, dijelovi sustava goriva |
| 443.0 | Silicij 5,2% | 130 MPa | 9 posto | Brodski okovi, armature otporne na koroziju |
| 535.0 (Almag 35) | magnezij 6,8% | 241 MPa | 9 posto | Ukrasni dijelovi visokog sjaja, anodizirani okovi |
Veći sadržaj silicija poboljšava fluidnost i smanjuje vruće kidanje, zbog čega su A380 i A356 favorizirani za tanke ili složene presjeke, ali iste čestice silicija ubrzavaju trošenje alata za rezanje, pa se za obradu ovih legura preporučuje karbidni alat. 535.0, nasuprot tome, ne sadrži silicij i čisto se obrađuje sa standardnim alatima od brzoreznog čelika, što je u kombinaciji s njegovom snažnom reakcijom na mehaničko poliranje razlog zašto ostaje popularan za dekorativne odljevke sa zrcalnom završnicom.
Od grubog lijevanja do gotovog komada: mogućnosti površinske obrade
Odljevak izravno iz kalupa ima hrapavu, pješčanu ili teksturiranu površinu i oštre zaporne vrhove koje je potrebno ukloniti prije nego što dio izgleda ili funkcionira kako treba. Pet tretmana u nastavku pokrivaju većinu ideja za odlijevanje aluminija, od brzog čišćenja do sjajnog izložbenog komada.
Fettling i skidanje srha
Vrata, usponi i bljesak uklanjaju se kutnom brusilicom, tračnom pilom ili ručnom turpijom. Za serije malih dijelova, vibracijsko prevrtanje s keramičkim medijima za 4 do 8 sati zaokružuje rubove i uklanja bljesak linije razdvajanja bez ručnog dovršavanja svakog komada.
Pjeskarenje za jednoličnu mat završnicu
Medij od staklenih kuglica u rasponu granulacije od 60 do 100, primijenjen na 80 do 100 PSI, proizvodi konzistentnu satensku teksturu koja također pomaže sakriti manju površinsku poroznost. Ovo je uobičajena završna obrada za vanjske držače, markere za biljke i pribor za alate.
Mehaničko poliranje
Napredovanje kroz abrazive granulacije 80, 120, 240, 400, 600 i 1200, nakon čega slijedi kotao za poliranje i smjesa za poliranje, može otprilike dovesti A356 ili 535.0 do zrcalne završne obrade. 30 do 45 minuta po malom dijelu . Više legure silicija kao što je A380 poliraju se manje ravnomjerno jer se čestice silicija drugačije odupiru abraziji od okolne aluminijske matrice.
Anodizacija za otpornost na boju i habanje
Anodiziranje sumpornom kiselinom tipa II gradi oksidni sloj debljine otprilike 5 do 25 mikrona izravno na površini aluminija, koji može prihvatiti boje boje i podiže površinsku tvrdoću s oko 75 do 90 HV za goli aluminij do otprilike 300 do 400 HV za anodizirani sloj.
Premaz u prahu za trajnost na otvorenom
Prašak se nanosi elektrostatski i suši na 190 do 205 stupnjeva C 10 do 20 minuta, stvarajući završni sloj otporan na UV zračenje, koji je vrlo prikladan za vrtne ukrase, poklopce za kuke i druge dijelove koji žive vani.
Uobičajeni nedostaci lijevanja i kako ih rano uhvatiti
Većina problema s lijevanjem aluminija povezuje se s jednim od šest uzroka, a svaki od njih ostavlja prepoznatljiv potpis na gotovom dijelu. Provjera ovih prije ulaganja vremena u završnu obradu štedi mnogo rada na poliranju na dijelu koji nikada neće izdržati.
| kvar | Tipičan uzrok | Kako to uočiti | Prevencija |
|---|---|---|---|
| plinska poroznost | Vodik otopljen u talini iz površinske vlage | Male okrugle šupljine razbacane po presjeku | Otplinite talinu i temeljito osušite alate i kalupe prije izlijevanja |
| Poroznost skupljanja | Nedovoljno dovodnog metala jer se debeli dijelovi skrućuju posljednji | Nepravilne šupljine u blizini uspona ili spojeva debelih dijelova | Povećajte dizalice veće od dijela koji hrane i postavite ih na najvišu točku |
| Cold Shut | Dvije struje metala susreću se bez taljenja, često zbog niske temperature izlijevanja | Vidljivi šav ili linija poput pukotine na površini | Povećajte temperaturu izlijevanja i poboljšajte brzinu zatvaranja |
| Pogrešno pokretanje | Metal se skrutne prije nego što se šupljina kalupa potpuno ispuni | Nepotpuni odljev sa zaobljenim, neispunjenim rubovima | Povisite temperaturu izlijevanja, povećajte otvore ili prethodno zagrijte kalup |
| Hot Tearing | Odljevak je sputan kalupom dok se skuplja na visokoj temperaturi | Nazubljena pukotina na prijelazu presjeka | Dodajte filete, izbjegavajte nagle promjene presjeka i koristite sklopive jezgre |
| Uključivanja | Pijesak, oksidni film ili šljaka uneseni u šupljinu kalupa | Tvrda mjesta otporna na strojnu obradu ili mrlje na površini | Filtrirajte sustav zatvaranja i skinite trošak prije izlijevanja |
Planiranje vremena, materijala i energije za projekt lijevanja aluminija
Osnovna postavka peći na propan za hobi, uključujući školjku peći, lončić, kliješta za podizanje, lonac za izlijevanje i zaštitnu opremu, obično radi 300 do 800 USD a može rastopiti naboje od 2 do 5 kilograma. Zeleni pijesak za kalupe može se ponovno upotrijebiti u stotinama ciklusa sa samo malim dodavanjem aditiva između izlijevanja, čime troškovima materijala po dijelu dominira sam aluminij, a ne medij za kalupljenje.
700 do 760 C
Tipična temperatura izlijevanja za A356, dovoljno visoka za čisto punjenje bez pretjeranog stvaranja oksida.
25 do 40 min
Vrijeme taljenja za punjenje od 5 kg u peći na propan kako bi se postigla temperatura izlijevanja od hladnog starta.
1,3 posto
Linearno dopušteno skupljanje ugrađeno u uzorke A356 između izlijevanja i sobne temperature.
5 do 8 posto
Gubitak ponovnim taljenjem zbog oksidacije po ciklusu pri ponovnoj upotrebi aluminijskog otpada ili vodilica i uspona.
Za planiranje vremena, izrada uzorka za umjereno detaljan dio traje od 2 do 8 sati, ovisno o tome je li izrezbaren iz drveta, strojno obrađen ili ispisan 3D. Nabijanje kalupa za zeleni pijesak iz gotovog uzorka traje 1 do 3 sata za jedan kalup. Faza taljenja i lijevanja, uključujući zagrijavanje peći, traje 1 do 2 sata, a hlađenje prije istresanja kreće se od 30 minuta za male tanke dijelove do 2 sata za teže dijelove. Cepanje i završna obrada, ovisno o odabranoj površinskoj obradi, dodaje još 1 do 4 sata. Uzevši zajedno, jedna umjereno složena ideja za aluminijski lijev može se kretati od skice do gotovog dijela unutar jednog radnog dana nakon što je obrazac spreman, pri čemu se većina tog vremena troši na pripremu kalupa i završnu obradu, a ne na samo izlijevanje.
