SPROG 
Hjem / Nyheder / Industri -nyheder / Idéer til aluminiumstøbning: Metoder, legeringer, design og finish
Det direkte svar: Hvor skal man begynde med ideer til aluminiumstøbning
Mest brugbare aluminium støbning ideer falder i fire praktiske grupper: dekorativt isenkram og arkitektonisk beslag såsom skuffetræk, husnummerplader og rækværksbeslag; funktionelle reservedele til motorer og maskiner såsom ventildæksler, indsugningsfittings og monteringsbeslag; butiksværktøj såsom jigs, fixturplader og justeringsblokke; og skulpturelle eller udstillingsgenstande såsom medaljoner, plantemarkører og små statuer. For et første projekt, tyngdekraft-fodret sandstøbning vha A356 aluminiumslegering er det mest tilgivende udgangspunkt. A356 har et behageligt hældeområde på omkring 705 til 760 grader C, fylder tynde sektioner godt og bearbejder rent, når den har gennemgået en T6-varmebehandling.
En propanfyret ovn bygget af en stålrørskal med en ildfast eller keramisk tæppeforing kan smelte en ladning på 2 til 5 kg rent aluminiumskrot eller barre i 25 til 40 minutter , komfortabelt at nå den hældetemperatur på 700 plus grader C, der er nødvendig for en ren påfyldning. Dette er hovedårsagen til, at ideer til støbning af aluminium er så tilgængelige sammenlignet med bronze, som har brug for 950 til 1000 grader C, eller støbejern, som løber over 1370 grader C. Kombineret med et styrke-til-vægt-forhold tæt på en tredjedel af densiteten af stål efter varmebehandling, ender aluminiumsstøbegods oprigtigt dekorativt i stedet for at være rent dekorativt.
Hvorfor aluminium er standardmetallet til støbeprojekter
Inden man går i gang med et projekt, hjælper det at kende de specifikke materialeegenskaber, der gør aluminium støbbart og holdbart. Nedenstående figurer forklarer, hvorfor aluminium dukker op i alt fra motorblokke til billedrammer og havepynt.
Lavt smeltepunkt, bredt procesvindue
Rent aluminium smelter ved 660,3 grader C, og almindelige støbelegeringer smelter over et område på omkring 555 til 650 grader C afhængigt af indholdet af silicium og kobber. Den rækkevidde ligger godt inden for rækkevidde af propan, naturgas eller endda trækulsfyrede ovne, hvilket ikke er tilfældet for kobberbaserede legeringer eller støbejern.
Fluiditet for tyndvæggede sektioner
Aluminium-siliciumlegeringer såsom A356 og A380 forbliver flydende længe nok til at fylde vægsektioner så tynde som 2,5 til 3 mm i sandforme og ned til omkring 1 mm i trykstøbning. Det er grunden til, at tynde dekorative paneler, gitre og huse kan støbes i stedet for at bearbejdes af solidt materiale.
Styrkeforøgelse efter varmebehandling
As-cast A356 har en trækstyrke nær 159 MPa. En T6 varmebehandling, hvilket betyder opløsningsbehandling omkring 540 grader C efterfulgt af en slukning af vand og ældning ved ca. 155 grader C i 4 til 6 timer, hæver det til ca. 262 MPa med 5 til 7 procent forlængelse.
Genanvendelighed og forudsigelige materialeomkostninger
Aluminium kan omsmeltes gentagne gange med kun 5 til 8 procent tab til oxidation pr. cyklus. Skrot af aluminium fra hjul, profiler og motordele koster typisk 1,50 til 3,00 USD pr. pund, mens nye ingots koster 2,50 til 4,00 USD pr. pund, hvilket holder materialeomkostningerne forudsigelige for gentagne projekter.
Matching af støbeprocessen til projektet
Den samme aluminiumsstøbeidé kan udføres gennem flere forskellige processer, og valget ændrer værktøjsomkostningerne, den opnåelige overfladefinish, og hvor mange dele der giver økonomisk mening at producere i én omgang.
| Proces | Typisk løbestørrelse | Overfladefinish | Tolerance | Værktøjsomkostninger | Passer bedst til |
|---|---|---|---|---|---|
| Sandstøbning | 1 til 50 stk | 250 til 500 mikrotommer Ra | plus eller minus 1,5 mm pr. 25 mm | 20 til 150 USD mønster | Beslag, plaques, enkeltstående prototyper |
| Permanent skimmelsvamp (tyngdekraft) | 100 til 10.000 stk | 100 til 200 mikrotommer Ra | plus eller minus 0,5 mm | 500 til 3.000 USD skimmelsvamp | Hjul, huse, gentag hardware |
| Investering (tabt voks) | 1 til 1.000 stk | 60 til 125 mikrotommer Ra | plus eller minus 0,13 mm pr. 25 mm | 50 til 500 USD pr. mønster | Detaljerede skulpturer, medaljoner, dele i smykkeskala |
| Højtryksstøbning | 10.000 plus stykker | 32 til 63 mikrotommer Ra | plus eller minus 0,1 mm | 10.000 til 100.000 USD værktøj | Masseproduktionshuse, bilbeslag |
Tolv aluminiumstøbeprojektideer, der er værd at bygge
Listen nedenfor bevæger sig fra simple dekorative stykker til funktionelle mekaniske dele, ordnet groft efter at øge mønsterkompleksitet og tolerancekrav. Hver idé indeholder en praktisk note om legering eller vægtykkelse, så projektet kan gå direkte fra idé til mønster.
- Brugerdefinerede skuffetræk og skabsbeslag - støbt i A356 med en 4 til 6 mm færdig væg, derefter poleret eller anodiseret for et ensartet udseende på tværs af et køkken eller værksted.
- Indgraverede husnummerplader - flad-back støbegods omkring 150 x 100 x 6 mm, sandstøbt og derefter sandblæst med 80 grit media for en mat, vejrbestandig overflade.
- Værktøjshåndtag overlejringer og ergonomiske greb - støbt omkring en stålkerneindsats ved hjælp af 535.0 legering, valgt for sin glatte poleringsrespons på buede overflader.
- Anhængertræk dæksler og trækpunktshætter - fremstillet ved permanent formstøbning med en væg på 3 til 5 mm, derefter pulverlakeret for langvarig UV-bestandighed.
- Motorcykel og ATV ventildæksler - indviklede kølefinnemønstre favoriserer sandstøbning med kerner ved at bruge A356-T6, der er klassificeret til kontinuerlig drift op til ca. 200 grader C.
- Havepynt og plantemærker - tyndvæggede støbegods ca. 2 til 3 mm, efterlades som støbt eller afsluttet med en klar beskyttende lak.
- Lysarmaturhuse og lampefodler - hulkernesandstøbning med indvendige kerner fjernet efter udstøbning og derefter bearbejdet til ledningsføring af kanaler.
- Møbelfødder og bordbensbeslag - bærende dele, der kræver indvendige fileter på mindst 3 mm for at undgå spændingsstigninger, støbt i A356-T6.
- Bæltespænder og prismedaljoner - Investeringsstøbning fanger fine reliefdetaljer ned til ca. 0,5 mm, ideel til indgraverede logoer eller tekst.
- Udskiftning af indsugnings- og flyderskåldele til veteranmotorer - A380-legering giver god brændstofmodstand og bearbejdelighed til gevindporte.
- Brugerdefinerede hjulcenterkapper - Permanent formværktøj giver den gentagelige diametertolerance, der er nødvendig for en prespasning, og derefter spejlpoleret.
- Shop armaturplader og justeringsjigs - funktionelt værktøj støbt i A356-T6 med en ribbet underside, der tilføjer stivhed uden at tilføje masse.
Mønster- og formdesignregler, der forhindrer en mislykket hældning
Tre designvaner adskiller en ren hældning fra en støbning fuld af revner, hulrum eller ufyldte hjørner. Vægtykkelse, trækvinkel og filetradius interagerer med, hvordan aluminium størkner, og hver enkelt er nem at fikse på mønsterstadiet, men dyr at reparere efterfølgende.
Vægtykkelse: Sandstøbegods bør holde væggene på minimum 3 mm, hvor 4 til 6 mm er langt mere pålidelige for strukturelle dele, da tyndere sektioner afkøles og størkner, før metallet kan fylde dem helt. Permanente formstøbninger kan løbe ned til 1,5 til 2 mm, fordi stålformen trækker varmen hurtigere væk og holder metallet i bevægelse længere i forhold til dets egen størkningsfront.
Trækvinkel: lodrette flader på et sandstøbemønster har brug for 1 til 3 graders træk per side, så mønsteret løfter sig rent uden at rive sandet i stykker. Permanent formværktøj kan bruge en lavere 0,5 til 1,5 grader, fordi den polerede ståloverflade frigiver lettere end pakket sand.
Filet radius: hvert indvendigt hjørne skal have en filetradius lig med eller større end den lokale vægtykkelse, med 3 mm som et praktisk minimum. Skarpe indre hjørner koncentrerer stress, når støbningen afkøles og trækker sig sammen, og er det mest almindelige udgangspunkt for varme tårer.
Krympegodtgørelse og hvorfor mønstre kører overstørrelse
Aluminium krymper i tre trin, når det går fra flydende til et køligt fast stof: væskesvind på ca. 3,5 til 6 volumenprocent, størkningssvind på ca. 3,0 til 8,5 procent afhængig af legering og faststofkølesvind på ca. 1,3 procent lineær for A356 mellem solidus-temperaturen og stuetemperaturen. Mønstermagere kompenserer for det sidste trin ved at skære mønsteret over i overstørrelse ved hjælp af en krymperegel, typisk omkring 5/32 tomme pr. fod, hvilket er tæt på tallet på 1,3 procent for A356. Som et bearbejdet eksempel skal en færdig dimension på 300 mm i A356 starte som en mønsterdimension på ca. 303,9 mm, beregnet som 300 ganget med 1,013.
| Legering | Lineær svindtillæg | Tilnærmet regel for mønsterfremstilling |
|---|---|---|
| A356.0 | 1,3 procent | 5/32 tomme pr. fod |
| A380.0 | 1,6 procent | 3/16 tomme pr. fod |
| 443.0 | 1,3 procent | 5/32 tomme pr. fod |
| 535.0 | 1,4 procent | 5/32 til 3/16 tomme pr. fod |
Valg af den rigtige aluminiumslegering til jobbet
Udvælgelse af legeringer påvirker flydeevnen under hældningen, styrke efter varmebehandling, korrosionsbestandighed, bearbejdelighed og hvor godt overfladen reagerer på polering eller anodisering. Tabellen nedenfor sammenligner fire legeringer, der dækker de fleste aluminiumsstøbeideer, fra strukturelle beslag til højpoleret dekorativt hardware.
| Legering | Vigtigste legeringselementer | Trækstyrke | Forlængelse | Bedst til |
|---|---|---|---|---|
| A356.0 (T6) | Silicium 7%, Magnesium 0,35% | 262 MPa | 5 til 7 procent | Strukturelle støbegods, hjul, beslag |
| A380.0 | Silicium 8,5 %, kobber 3,5 % | 324 MPa | 3 procent | Trykstøbegods, huse, brændstofsystemdele |
| 443.0 | Silicium 5,2 % | 130 MPa | 9 procent | Marine hardware, korrosionsbestandige beslag |
| 535,0 (Almag 35) | Magnesium 6,8 % | 241 MPa | 9 procent | Højpolerede dekorative dele, anodiseret hardware |
Højere siliciumindhold forbedrer flydighed og reducerer varm rivning, hvilket er grunden til, at A380 og A356 foretrækkes til tynde eller komplekse sektioner, men de samme siliciumpartikler accelererer slid på skæreværktøjet, så hårdmetalværktøj anbefales til bearbejdning af disse legeringer. 535.0, derimod, indeholder ingen silicium og bearbejder rent med standard højhastighedsstålværktøj, hvilket kombineret med dets stærke respons på mekanisk polering er grunden til, at det forbliver populært til dekorative støbegods med spejlfinish.
Fra groft støbning til færdigt stykke: Overfladebehandlingsmuligheder
En støbning lige ud af formen har en ru, sandet eller struktureret overflade og skarpe portstumper, der skal fjernes, før delen ser ud eller fungerer efter hensigten. De fem behandlinger nedenfor dækker de fleste ideer til aluminiumsstøbning, fra en hurtig oprydning til et spejlpoleret udstillingsstykke.
Afgratning og afgratning
Porte, stigrør og flash fjernes med en vinkelsliber, båndsav eller håndfil. Til partier af små dele, vibrerende tumbling med keramiske medier til 4 til 8 timer runder kanter og fjerner skillelinjeblink uden at hånden afslutter hvert stykke.
Sandblæsning for en ensartet mat finish
Glasperlemedier i kornstørrelsesområdet 60 til 100, påført ved 80 til 100 PSI, producerer en ensartet satintekstur, der også hjælper med at skjule mindre overfladeporøsitet. Dette er en almindelig finish til udendørs beslag, plantemarkører og værktøjsarmaturer.
Mekanisk polering
En progression gennem 80, 120, 240, 400, 600 og 1200 slibemidler efterfulgt af en polerskive og polermasse kan bringe A356 eller 535.0 til en spejlfinish på ca. 30 til 45 minutter pr. lille del . Højere siliciumlegeringer såsom A380 polerer mindre jævnt, fordi siliciumpartiklerne modstår slid anderledes end den omgivende aluminiumsmatrix.
Anodisering for farve- og slidstyrke
Type II svovlsyreanodisering bygger et oxidlag på ca. 5 til 25 mikrometer tykt direkte på aluminiumsoverfladen, som kan acceptere farvefarver og hæver overfladehårdheden fra omkring 75 til 90 HV for blankt aluminium op til omkring 300 til 400 HV for det anodiserede lag.
Pulverlakering for udendørs holdbarhed
Pulver påføres elektrostatisk og hærdes ved 190 til 205 grader C i 10 til 20 minutter, hvilket giver en UV-stabil, spånbestandig finish, der er velegnet til havepynt, trækafdækninger og andre dele, der lever udendørs.
Almindelige støbefejl og hvordan man fanger dem tidligt
De fleste problemer med aluminiumstøbning kan spores tilbage til en af seks årsager, og hver enkelt efterlader en genkendelig signatur på den færdige del. Hvis du tjekker for disse, før du investerer tid i efterbehandling, sparer du en masse poleringsarbejde på en del, der aldrig ville holde.
| Defekt | Typisk årsag | Sådan får du øje på det | Forebyggelse |
|---|---|---|---|
| Gas porøsitet | Brint opløst i smelten fra overfladefugt | Små runde hulrum spredt gennem tværsnittet | Afgas smelten og tør værktøjer og forme grundigt, før de hældes |
| Krympeporøsitet | Utilstrækkeligt tilførselsmetal, da tykke sektioner størkner sidst | Uregelmæssige hulrum nær stigrør eller tykt sektionskryds | Større risers større end den sektion, de fodrer, og placer dem på det højeste punkt |
| Cold Shut | To strømme af metal mødes uden at smelte sammen, ofte fra lav hældetemperatur | En synlig søm eller revnelignende linje på overfladen | Hæv hældetemperaturen og forbedre porthastigheden |
| Fejlløb | Metal størkner, før formhulrummet er helt fyldt | En ufuldstændig støbning med afrundede, ufyldte kanter | Hæv hældetemperaturen, forstørre låger, eller forvarm formen |
| Varm Rivning | Støbningen fastholdes af formen, mens den trækker sig sammen ved høj temperatur | En takket revne ved en sektionsovergang | Tilføj fileter, undgå bratte sektionsændringer, og brug sammenfoldelige kerner |
| Inklusioner | Sand, oxidfilm eller slagg båret ind i formhulen | Hårde pletter, der modstår bearbejdning eller pletter på overfladen | Filtrer portsystemet og skum af slagg før hældning |
Budgettering af tid, materiale og energi til et aluminiumstøbeprojekt
En grundlæggende propanovn i hobbyskala, inklusive ovnskallen, smeltediglen, løftetang, hældeske og beskyttelsesudstyr, kører typisk 300 til 800 USD og kan smelte ladninger på 2 til 5 kg. Grønsand til forme kan genbruges i hundredvis af cyklusser med kun en mindre tilsætning mellem hældningerne, hvilket holder materialeomkostningerne pr. del domineret af selve aluminiumet i stedet for støbemediet.
700 til 760 C
Typisk hældetemperatur for A356, høj nok til rene fyldninger uden overdreven oxiddannelse.
25 til 40 min
Smeltetid for en 5 kg ladning i en propanovn for at nå hældetemperaturen fra en koldstart.
1,3 procent
Lineært krympetilskud indbygget i A356-mønstre mellem hælde- og stuetemperatur.
5 til 8 procent
Omsmeltningstab til oxidation pr. cyklus ved genbrug af aluminiumsskrot eller løbere og stigrør.
Til tidsplanlægning tager mønsterfremstilling til en moderat detaljeret del 2 til 8 timer, afhængigt af om den er skåret i træ, bearbejdet eller 3D-printet. At ramme en grønsandform fra et færdigt mønster tager 1 til 3 timer for en enkelt form. Smelte- og hældningsstadiet, inklusive ovnopvarmning, tager 1 til 2 timer, og afkøling før udrystning varierer fra 30 minutter for små tynde dele til 2 timer for tungere sektioner. Affedtning og efterbehandling, afhængig af den valgte overfladebehandling, tilføjer yderligere 1 til 4 timer. Tilsammen kan en enkelt moderat kompleks aluminiumsstøbeidé bevæge sig fra skitse til færdig del inden for en enkelt arbejdsdag, når mønsteret er klar, med det meste af tiden brugt på forberedelse og efterbehandling af forme i stedet for selve udstøbningen.
