SPRÅK 
Hjem / Nyheter / Bransjyheter / Ideer til støping av aluminium: Metoder, legeringer, design og finish
Det direkte svaret: Hvor skal du begynne med ideer til støping av aluminium
Mest brukbare aluminium støping ideer faller inn i fire praktiske grupper: dekorativ maskinvare og arkitektonisk beslag som skufftrekk, husnummerplaketter og rekkverksbraketter; funksjonelle reservedeler for motorer og maskiner som ventildeksler, inntaksfittings og monteringsbraketter; butikkverktøy som jigger, festeplater og justeringsblokker; og skulpturelle eller utstillingsstykker som medaljonger, plantemarkører og små statuer. For et første prosjekt, gravitasjonsmatet sandstøping ved hjelp av A356 aluminiumslegering er det mest tilgivende utgangspunktet. A356 har et komfortabelt helleområde på omtrent 705 til 760 grader C, fyller tynne seksjoner godt og maskinerer rent når den har gått gjennom en T6 varmebehandling.
En propanfyrt ovn bygget av et stålrørskall med en ildfast eller keramisk teppeforing kan smelte en ladning på 2 til 5 kilo med rent aluminiumskrap eller ingot i 25 til 40 minutter , komfortabelt å nå 700 pluss grader C helletemperaturen som er nødvendig for en ren fylling. Dette er hovedgrunnen til at ideer til støping av aluminium er så tilgjengelige sammenlignet med bronse, som trenger 950 til 1000 grader C, eller støpejern, som går over 1370 grader C. Kombinert med et styrke-til-vekt-forhold nær en tredjedel av tettheten til stål etter varmebehandling, ender aluminiumsstøpegods opp som genuint dekorative i stedet for.
Hvorfor aluminium er standardmetallet for støpeprosjekter
Før du bestemmer deg for et prosjekt, hjelper det å kjenne til de spesifikke materialegenskapene som gjør aluminium støpt og holdbart. Figurene nedenfor forklarer hvorfor aluminium dukker opp i alt fra motorblokker til bilderammer og hagepynt.
Lavt smeltepunkt, bredt prosessvindu
Rent aluminium smelter ved 660,3 grader C, og vanlige støpelegeringer smelter over et område på omtrent 555 til 650 grader C avhengig av innhold av silisium og kobber. Dette området ligger godt innenfor rekkevidde av propan, naturgass eller til og med trekullfyrte ovner, noe som ikke er sant for kobberbaserte legeringer eller støpejern.
Fluiditet for tynnveggseksjoner
Aluminium-silisiumlegeringer som A356 og A380 holder seg flytende lenge nok til å fylle veggseksjoner så tynne som 2,5 til 3 mm i sandformer, og ned til rundt 1 mm i trykkstøping. Dette er grunnen til at tynne dekorative paneler, rister og hus kan støpes i stedet for maskinert fra solid lager.
Styrkeøkning etter varmebehandling
As-cast A356 har en strekkfasthet nær 159 MPa. En T6-varmebehandling, som betyr løsningsbehandling rundt 540 grader C etterfulgt av vannkjøling og aldring ved omtrent 155 grader C i 4 til 6 timer, øker dette til ca. 262 MPa med 5 til 7 prosent forlengelse.
Resirkulerbarhet og forutsigbare materialkostnader
Aluminium kan omsmeltes gjentatte ganger med bare 5 til 8 prosent tap til oksidasjon per syklus. Aluminiumskrap fra hjul, profiler og motordeler koster vanligvis 1,50 til 3,00 USD per pund, mens ny ingot koster 2,50 til 4,00 USD per pund, noe som holder materialkostnadene forutsigbare for gjentatte prosjekter.
Matching av støpeprosessen til prosjektet
Den samme støpeideen for aluminium kan utføres gjennom flere forskjellige prosesser, og valget endrer verktøykostnaden, oppnåelig overflatefinish og hvor mange deler som er økonomisk fornuftig å produsere i en serie.
| Prosess | Typisk løpsstørrelse | Overflatefinish | Toleranse | Verktøykostnad | Passer best til |
|---|---|---|---|---|---|
| Sandstøping | 1 til 50 stykker | 250 til 500 mikrotommer Ra | pluss eller minus 1,5 mm per 25 mm | 20 til 150 USD mønster | Braketter, plaketter, engangsprototyper |
| Permanent mugg (tyngdekraft) | 100 til 10 000 stykker | 100 til 200 mikrotommer Ra | pluss eller minus 0,5 mm | 500 til 3000 USD mugg | Hjul, hus, gjenta maskinvare |
| Investering (tapt voks) | 1 til 1000 stykker | 60 til 125 mikrotommer Ra | pluss eller minus 0,13 mm per 25 mm | 50 til 500 USD per mønster | Detaljerte skulpturer, medaljonger, deler i smykkeskala |
| Høytrykkspressestøping | 10.000 pluss stykker | 32 til 63 mikrotommer Ra | pluss eller minus 0,1 mm | 10 000 til 100 000 USD verktøy | Masseproduksjonshus, bilbraketter |
Tolv aluminiumstøpeprosjektideer verdt å bygge
Listen nedenfor beveger seg fra enkle dekorative deler til funksjonelle mekaniske deler, sortert grovt etter økende mønsterkompleksitet og toleransekrav. Hver idé inkluderer et praktisk notat om legering eller veggtykkelse, slik at prosjektet kan gå rett fra idé til mønster.
- Tilpasset skuffetrekk og skaputstyr - støpt i A356 med en 4 til 6 mm ferdig vegg, deretter polert eller anodisert for et konsistent utseende på tvers av et kjøkken eller verksted.
- Graverte husnummerplaketter - flat-back støpegods rundt 150 x 100 x 6 mm, sandstøpt og deretter sandblåst med 80 grit media for en matt, værbestandig overflate.
- Verktøyhåndtak overlegg og ergonomiske grep - støpt rundt en stålkjerneinnsats med 535.0-legering, valgt for sin glatte poleringsrespons på buede overflater.
- Tilhengerfestedeksler og slepepunkthetter - produsert ved permanent gravitasjonsstøping med en 3 til 5 mm vegg, deretter pulverlakkert for langsiktig UV-motstand.
- Motorsykkel og ATV ventildeksler - Intrikate kjølefinnemønstre favoriserer sandstøping med kjerner, ved bruk av A356-T6 vurdert for kontinuerlig bruk opp til omtrent 200 grader C.
- Hagepynt og plantemarkører - tynnveggede støpegods ca. 2 til 3 mm, etterlatt som støpt eller ferdig med en klar beskyttende lakk.
- Lysarmaturhus og lampesokler - hulkjernesandstøping med innvendige kjerner fjernet etter støping, deretter bearbeidet for kabling av kanaler.
- Møbelføtter og bordbenbraketter - bærende deler som trenger innvendige fileter på minst 3 mm for å unngå spenningsstigerør, støpt i A356-T6.
- Beltespenner og prismedaljonger - investeringsstøping fanger opp fine relieffdetaljer ned til omtrent 0,5 mm, ideelt for graverte logoer eller tekst.
- Erstatningsinntak og flyteskåldeler for veteranmotorer - A380-legering gir god drivstoffmotstand og bearbeidbarhet for gjengede porter.
- Spesialtilpassede senterkapper på hjul - Permanent formverktøy gir den repeterbare diametertoleransen som trengs for en presspasning, og deretter speilpolert.
- Handle festeplater og justeringsjigger - funksjonelt verktøy støpt i A356-T6 med ribbet underside som gir stivhet uten å legge til masse.
Mønster- og formdesignregler som forhindrer en mislykket helling
Tre designvaner skiller en ren støping fra en støping full av sprekker, tomrom eller ufylte hjørner. Veggtykkelse, trekkvinkel og filetradius samhandler med hvordan aluminium størkner, og hver enkelt er enkel å fikse på mønsterstadiet, men dyr å fikse etterpå.
Veggtykkelse: sandstøping bør holde vegger på minimum 3 mm, med 4 til 6 mm som er langt mer pålitelig for strukturelle deler, siden tynnere seksjoner avkjøles og størkner før metallet kan fylle dem helt. Permanente formstøpegods kan løpe ned til 1,5 til 2 mm fordi stålformen trekker varmen raskere bort og holder metallet i bevegelse lenger i forhold til sin egen størkningsfront.
Utkastvinkel: vertikale flater på et sandstøpemønster trenger 1 til 3 grader trekk per side slik at mønsteret løfter seg rent uten å rive sanden. Permanent formverktøy kan bruke grunnere 0,5 til 1,5 grader fordi den polerte ståloverflaten slipper lettere enn pakket sand.
Filet radius: hvert innvendig hjørne skal ha en rilleradius lik eller større enn den lokale veggtykkelsen, med 3 mm som et praktisk minimum. Skarpe indre hjørner konsentrerer stress når støpen avkjøles og trekker seg sammen, og er det vanligste utgangspunktet for varme tårer.
Krympegodtgjørelse og hvorfor mønstre blir overdimensjonerte
Aluminium krymper i tre trinn når det går fra flytende til et kjølig faststoff: væskekrymping på omtrent 3,5 til 6 volumprosent, størkningskrymping på omtrent 3,0 til 8,5 prosent avhengig av legering, og faststoffkjølingskrymping på omtrentlig 1,3 prosent lineær for A356 mellom solidus-temperaturen og romtemperaturen. Mønstermakere kompenserer for det siste trinnet ved å kutte mønsteret overdimensjonert ved hjelp av en krymperegel, vanligvis omtrent 5/32 tomme per fot, som er nær det 1,3 prosenttallet for A356. Som et utført eksempel bør en ferdig dimensjon på 300 mm i A356 starte som en mønsterdimensjon på ca. 303,9 mm, beregnet som 300 multiplisert med 1,013.
| Legering | Lineær krymping | Omtrentlig regel for mønstermaker |
|---|---|---|
| A356.0 | 1,3 prosent | 5/32 tommer per fot |
| A380.0 | 1,6 prosent | 3/16 tommer per fot |
| 443.0 | 1,3 prosent | 5/32 tommer per fot |
| 535.0 | 1,4 prosent | 5/32 til 3/16 tomme per fot |
Velge riktig aluminiumslegering for jobben
Valg av legeringer påvirker flyten under støpingen, styrke etter varmebehandling, korrosjonsbestandighet, bearbeidbarhet og hvor godt overflaten reagerer på polering eller anodisering. Tabellen nedenfor sammenligner fire legeringer som dekker de fleste aluminiumsstøpeideer, fra strukturelle braketter til høypolert dekorativ maskinvare.
| Legering | Viktige legeringselementer | Strekkstyrke | Forlengelse | Best for |
|---|---|---|---|---|
| A356.0 (T6) | Silisium 7 %, magnesium 0,35 % | 262 MPa | 5 til 7 prosent | Strukturelle støpegods, hjul, braketter |
| A380.0 | Silisium 8,5 %, kobber 3,5 % | 324 MPa | 3 prosent | Pressstøpte, hus, deler til drivstoffsystem |
| 443.0 | Silisium 5,2 % | 130 MPa | 9 prosent | Marine hardware, korrosjonsbestandige beslag |
| 535,0 (Almag 35) | Magnesium 6,8 % | 241 MPa | 9 prosent | Høypolerte dekorative deler, anodisert maskinvare |
Høyere silisiuminnhold forbedrer flyten og reduserer varm riving, som er grunnen til at A380 og A356 er foretrukket for tynne eller komplekse seksjoner, men de samme silisiumpartiklene akselererer slitasje på skjæreverktøyet, så karbidverktøy anbefales for maskinering av disse legeringene. 535.0, derimot, inneholder ingen silisium og maskinerer rent med standard høyhastighets stålverktøy, som kombinert med dens sterke respons på mekanisk polering er grunnen til at den fortsatt er populær for dekorative støpegods med speilfinish.
Fra grovstøping til ferdig stykke: Overflatebehandlingsalternativer
En støping rett ut av formen har en ru, sandaktig eller strukturert overflate og skarpe portstubber som må fjernes før delen ser ut eller fungerer etter hensikten. De fem behandlingene nedenfor dekker de fleste aluminiumsstøpingsideer, fra en rask opprydding til et speilpolert utstillingsstykke.
Fettling og avgrading
Porter, stigerør og blitz fjernes med en vinkelsliper, båndsag eller håndfil. For partier av små deler, vibrerende tumbling med keramiske medier for 4 til 8 timer avrunder kanter og fjerner skillelinjeblits uten at hånden fullfører hvert stykke.
Sandblåsing for en jevn matt finish
Glasskulemedier i området 60 til 100 korn, påført ved 80 til 100 PSI, gir en konsistent satengtekstur som også hjelper til med å skjule mindre overflateporøsitet. Dette er en vanlig finish for utendørs braketter, plantemarkører og verktøyarmaturer.
Mekanisk polering
En progresjon gjennom 80, 120, 240, 400, 600 og 1200 slipemidler etterfulgt av en poleringsskive og poleringsmasse kan bringe A356 eller 535.0 til en speilfinish på omtrentlig 30 til 45 minutter per liten del . Høyere silisiumlegeringer som A380 polerer mindre jevnt fordi silisiumpartiklene motstår slitasje annerledes enn den omkringliggende aluminiumsmatrisen.
Anodisering for farge- og slitestyrke
Type II svovelsyreanodisering bygger et oksidlag som er omtrent 5 til 25 mikron tykt direkte på aluminiumsoverflaten, som kan akseptere fargestofffarger og øker overflatehardheten fra rundt 75 til 90 HV for bart aluminium opp til omtrent 300 til 400 HV for det anodiserte laget.
Pulverlakk for utendørs holdbarhet
Pulver påføres elektrostatisk og herdes ved 190 til 205 grader C i 10 til 20 minutter, noe som gir en UV-stabil, sponbestandig finish som er godt egnet til hagepynt, festedeksler og andre deler som lever utendørs.
Vanlige støpefeil og hvordan du fanger dem tidlig
De fleste problemer med støping av aluminium kan spores tilbake til en av seks årsaker, og hver av dem etterlater en gjenkjennelig signatur på den ferdige delen. Å sjekke disse før du investerer tid i etterbehandling sparer mye poleringsarbeid på en del som aldri kom til å holde mål.
| Defekt | Typisk årsak | Hvordan oppdage det | Forebygging |
|---|---|---|---|
| Gassporøsitet | Hydrogen oppløst i smelten fra overflatefuktighet | Små runde tomrom spredt gjennom tverrsnittet | Avgass smelten og tørk verktøy og former grundig før de helles |
| Porøsitet for krymping | Utilstrekkelig matemetall da tykke seksjoner stivner sist | Uregelmessige tomrom nær stigerør eller tykke seksjonskryss | Større stigerør større enn delen de mater og plasser dem på det høyeste punktet |
| Cold Shut | To metallstrømmer møtes uten å smelte sammen, ofte fra lav helletemperatur | En synlig søm eller sprekklignende linje på overflaten | Øk helletemperaturen og forbedre porthastigheten |
| Feilkjøring | Metall stivner før formhulen er helt fylt | En ufullstendig avstøpning med avrundede, ufylte kanter | Øk helletemperaturen, forstørre portene eller forvarm formen |
| Hot Tearing | Støpingen holdes tilbake av formen mens den trekker seg sammen ved høy temperatur | En hakkete sprekk ved en seksjonsovergang | Legg til fileter, unngå brå seksjonsendringer og bruk sammenleggbare kjerner |
| Inkluderinger | Sand, oksidfilm eller slagg føres inn i formhulen | Harde flekker som motstår maskinering eller flekker på overflaten | Filtrer portsystemet og skum av slagg før helling |
Budsjettering av tid, materiale og energi for et aluminiumstøpeprosjekt
Et grunnleggende propanovnsoppsett i hobbyskala, inkludert ovnskall, smeltedigel, løftetang, helleøse og verneutstyr, kjører vanligvis 300 til 800 USD og kan smelte ladninger på 2 til 5 kilo. Greensand for molds er gjenbrukbar i hundrevis av sykluser med bare mindre additiv påfyll mellom hellingene, noe som holder materialkostnadene per del dominert av selve aluminiumet i stedet for støpemediet.
700 til 760 C
Typisk helletemperatur for A356, høy nok for rene fyllinger uten overdreven oksiddannelse.
25 til 40 min
Smeltetid for en 5 kg ladning i en propanovn for å oppnå helletemperatur fra kald start.
1,3 prosent
Lineært krympetillegg innebygd i A356-mønstre mellom helle og romtemperatur.
5 til 8 prosent
Omsmelt tap til oksidasjon per syklus ved gjenbruk av aluminiumskrot eller løpere og stigerør.
For tidsplanlegging tar mønsterfremstilling for en moderat detaljert del 2 til 8 timer avhengig av om den er skåret ut av tre, maskinbearbeidet eller 3D-printet. Ramming av en grønnsandform fra et ferdig mønster tar 1 til 3 timer for en enkelt form. Smelte- og hellestadiet, inkludert oppvarming av ovnen, tar 1 til 2 timer, og avkjøling før utrysting varierer fra 30 minutter for små tynne deler til 2 timer for tyngre seksjoner. Fettling og etterbehandling, avhengig av valgt overflatebehandling, gir ytterligere 1 til 4 timer. Til sammen kan en enkelt, moderat kompleks aluminiumsstøpingside gå fra skisse til ferdig del i løpet av en enkelt arbeidsdag når mønsteret er klart, med mesteparten av tiden brukt på støpeformbehandling og etterbehandling i stedet for selve støpingen.
