SPRÅK 
Hem / Nybörjare / Branschnyheter / Aluminiumgjutningsidéer: Metoder, legeringar, design och ytbehandlingar
Det direkta svaret: Var ska man börja med idéer för aluminiumgjutning
Mest fungerande aluminiumgjutning idéer delas in i fyra praktiska grupper: dekorativ hårdvara och arkitektonisk inredning som lådor, husnummerskyltar och räckesfästen; funktionella reservdelar för motorer och maskiner såsom ventilkåpor, insugskopplingar och monteringsfästen; verkstadsverktyg såsom jiggar, fixturplattor och inriktningsblock; och skulpturala eller utställningsdetaljer som medaljonger, växtmarkörer och små statyer. För ett första projekt, gravitationsmatad sandgjutning med hjälp av A356 aluminiumlegering är den mest förlåtande utgångspunkten. A356 har ett bekvämt hällområde på ungefär 705 till 760 grader C, fyller tunna sektioner väl och bearbetar rent när den har genomgått en T6-värmebehandling.
En propaneldad ugn byggd av ett stålrörsskal med en eldfast eller keramisk filtfoder kan smälta en laddning på 2 till 5 kg rent aluminiumskrot eller göt i 25 till 40 minuter , bekvämt nå 700 plus grader C hälltemperatur som behövs för en ren fyllning. Detta är den främsta anledningen till att aluminiumgjutningsidéer är så lättillgängliga jämfört med brons, som behöver 950 till 1000 grader C, eller gjutjärn, som går över 1370 grader C. I kombination med ett förhållande mellan styrka och vikt nära en tredjedel av stålets densitet efter värmebehandling, blir aluminiumgjutgods genuint dekorativa snarare än rent dekorativa.
Varför aluminium är standardmetallen för gjutprojekt
Innan man bestämmer sig för ett projekt hjälper det att känna till de specifika materialegenskaperna som gör aluminium gjutbart och hållbart. Figurerna nedan förklarar varför aluminium dyker upp i allt från motorblock till tavelramar och trädgårdsprydnader.
Låg smältpunkt, brett processfönster
Rent aluminium smälter vid 660,3 grader C, och vanliga gjutlegeringar smälter över ett intervall på ungefär 555 till 650 grader C beroende på innehållet av kisel och koppar. Det sortimentet ligger väl inom räckhåll för propan, naturgas eller till och med koleldade ugnar, vilket inte är sant för kopparbaserade legeringar eller gjutjärn.
Fluiditet för tunnväggssektioner
Aluminium-kisellegeringar som A356 och A380 förblir flytande tillräckligt länge för att fylla väggsektioner så tunna som 2,5 till 3 mm i sandformar och ner till cirka 1 mm vid pressgjutning. Det är därför tunna dekorativa paneler, galler och höljen kan gjutas snarare än bearbetas av massivt material.
Styrkeökning efter värmebehandling
As-cast A356 har en draghållfasthet nära 159 MPa. En T6-värmebehandling, vilket innebär lösningsbehandling runt 540 grader C följt av en vattensläckning och åldring vid ungefär 155 grader C i 4 till 6 timmar, höjer det till ca. 262 MPa med 5 till 7 procents förlängning.
Återvinningsbarhet och förutsägbar materialkostnad
Aluminium kan smältas om upprepade gånger med endast 5 till 8 procents förlust till oxidation per cykel. Aluminiumskrot från hjul, profiler och motordelar kostar vanligtvis 1,50 till 3,00 USD per pund, medan nytt göt kostar 2,50 till 4,00 USD per pund, vilket håller materialkostnaderna förutsägbara för upprepade projekt.
Matcha gjutningsprocessen till projektet
Samma aluminiumgjutningsidé kan utföras genom flera olika processer, och valet förändrar verktygskostnaden, den uppnåeliga ytfinishen och hur många delar som är ekonomiskt vettigt att producera i en körning.
| Process | Typisk löpstorlek | Ytfinish | Tolerans | Verktygskostnad | Passar bäst till |
|---|---|---|---|---|---|
| Sandgjutning | 1 till 50 stycken | 250 till 500 mikrotum Ra | plus eller minus 1,5 mm per 25 mm | 20 till 150 USD mönster | Fästen, plaketter, enstaka prototyper |
| Permanent mögel (gravitation) | 100 till 10 000 stycken | 100 till 200 mikrotum Ra | plus eller minus 0,5 mm | 500 till 3 000 USD mögel | Hjul, hus, repeterande hårdvara |
| Investering (förlorat vax) | 1 till 1 000 stycken | 60 till 125 mikrotum Ra | plus eller minus 0,13 mm per 25 mm | 50 till 500 USD per mönster | Detaljerade skulpturer, medaljonger, delar i smyckesskala |
| Högtrycksgjutning | 10 000 plus stycken | 32 till 63 mikrotum Ra | plus eller minus 0,1 mm | 10 000 till 100 000 USD verktyg | Massproduktionshöljen, bilfästen |
Tolv projektidéer för aluminiumgjutning värda att bygga
Listan nedan går från enkla dekorativa delar till funktionella mekaniska delar, ordnade grovt efter ökande mönsterkomplexitet och toleranskrav. Varje idé innehåller en praktisk anteckning om legering eller väggtjocklek så att projektet kan gå direkt från idé till mönster.
- Anpassade låddrag och skåpbeslag - gjuten i A356 med en 4 till 6 mm färdig vägg, sedan polerad eller anodiserad för ett konsekvent utseende över ett kök eller verkstad.
- Graverade husnummerskyltar - platta gjutgods ca 150 x 100 x 6 mm, sandgjutna och sedan sandblästrade med 80 grit media för en matt, väderbeständig yta.
- Verktygshandtagsöverdrag och ergonomiska grepp - gjuts runt en stålkärnsinsats med 535.0-legering, vald för sin släta poleringsrespons på krökta ytor.
- Dragkåpor och dragkåpor - produceras genom permanent formgjutning med en 3 till 5 mm vägg, sedan pulverlackerad för långvarig UV-beständighet.
- Motorcykel och ATV ventilkåpor - Invecklade kylflänsmönster gynnar sandgjutning med kärnor, med A356-T6 klassad för kontinuerlig drift upp till ungefär 200 grader C.
- Trädgårdsprydnader och växtmarkörer - tunnväggiga gjutgods ca 2 till 3 mm, lämnas som gjutna eller färdiga med en klar skyddslack.
- Armaturhus och lampfot - Sandgjutgods med ihåliga kärnor med invändiga kärnor borttagna efter gjutning och sedan bearbetade för att koppla kanaler.
- Möbelfötter och bordsbensfästen - lastbärande delar som behöver invändiga filéer på minst 3 mm för att undvika spänningshöjare, gjutna i A356-T6.
- Bältesspännen och prismedaljonger - investeringsgjutning fångar fina reliefdetaljer ner till ungefär 0,5 mm, perfekt för graverade logotyper eller text.
- Ersättningsdelar för insug och flytskål för vintagemotorer - A380-legering ger bra bränslemotstånd och bearbetbarhet för gängade portar.
- Anpassade hjul mittkapslar - Permanent formverktyg ger den repeterbara diametertoleransen som behövs för en presspassning, sedan spegelpolerad.
- Handla fixturplåtar och inriktningsjiggar - funktionellt verktyg gjutet i A356-T6 med en räfflad undersida som ger styvhet utan att lägga till massa.
Mönster- och formdesignregler som förhindrar ett misslyckat häll
Tre designvanor skiljer en ren häll från en gjutning full av sprickor, tomrum eller ofyllda hörn. Väggtjocklek, dragvinkel och kälradie samverkar med hur aluminium stelnar, och var och en är lätt att fixa i mönsterstadiet men dyr att fixa efteråt.
Väggtjocklek: Sandgjutgods bör hålla väggarna på minst 3 mm, där 4 till 6 mm är mycket mer tillförlitligt för strukturella delar, eftersom tunnare sektioner kyls och stelnar innan metallen kan fylla dem helt. Permanenta formgjutningar kan gå ner till 1,5 till 2 mm eftersom stålformen drar bort värmen snabbare och håller metallen i rörelse längre i förhållande till sin egen stelningsfront.
Draftvinkel: vertikala ytor på ett sandgjutningsmönster behöver 1 till 3 graders drag per sida så att mönstret lyfts rent utan att riva sanden. Permanent formverktyg kan använda en grundare 0,5 till 1,5 grader eftersom den polerade stålytan släpper lättare än packad sand.
Filéradie: Varje inre hörn bör ha en kälradie lika med eller större än den lokala väggtjockleken, med 3 mm som ett praktiskt minimum. Skarpa inre hörn koncentrerar stress när gjutgodset svalnar och drar ihop sig, och är den vanligaste utgångspunkten för heta tårar.
Krymptillägg och varför mönster blir för stora
Aluminium krymper i tre steg när det går från flytande till ett kallt fast ämne: vätskekrympning på ungefär 3,5 till 6 volymprocent, stelningskrympning på ungefär 3,0 till 8,5 procent beroende på legering och kylkrympning i fast tillstånd på ungefär 1,3 procent linjärt för A356 mellan solidustemperaturen och rumstemperaturen. Mönsterskapare kompenserar för det sista steget genom att skära av mönstret överdimensionerat med en krympregel, vanligtvis cirka 5/32 tum per fot, vilket är nära den siffran på 1,3 procent för A356. Som ett bearbetat exempel bör en färdig dimension på 300 mm i A356 börja som ett mönstermått på cirka 303,9 mm, beräknat som 300 multiplicerat med 1,013.
| Legering | Linjär krympning | Ungefärlig regel för mönstertillverkare |
|---|---|---|
| A356.0 | 1,3 procent | 5/32 tum per fot |
| A380.0 | 1,6 procent | 3/16 tum per fot |
| 443.0 | 1,3 procent | 5/32 tum per fot |
| 535.0 | 1,4 procent | 5/32 till 3/16 tum per fot |
Att välja rätt aluminiumlegering för jobbet
Valet av legeringar påverkar flytbarheten under gjutningen, styrka efter värmebehandling, korrosionsbeständighet, bearbetbarhet och hur väl ytan svarar på polering eller anodisering. Tabellen nedan jämför fyra legeringar som täcker de flesta aluminiumgjutningsidéer, från strukturella fästen till högpolerad dekorativ hårdvara.
| Legering | Viktiga legeringselement | Draghållfasthet | Förlängning | Bäst för |
|---|---|---|---|---|
| A356.0 (T6) | Kisel 7 %, magnesium 0,35 % | 262 MPa | 5 till 7 procent | Konstruktionsgjutgods, hjul, konsoler |
| A380.0 | Kisel 8,5 %, koppar 3,5 % | 324 MPa | 3 procent | Pressgjutgods, hus, bränslesystemdelar |
| 443.0 | Kisel 5,2 % | 130 MPa | 9 procent | Marin hårdvara, korrosionsbeständiga beslag |
| 535,0 (Almag 35) | Magnesium 6,8 % | 241 MPa | 9 procent | Högpolerade dekorativa delar, anodiserad hårdvara |
Högre kiselhalt förbättrar flytbarheten och minskar hetsöndring, vilket är anledningen till att A380 och A356 är att föredra för tunna eller komplexa sektioner, men samma kiselpartiklar påskyndar slitaget på skärverktygen, så hårdmetallverktyg rekommenderas för bearbetning av dessa legeringar. 535.0, däremot, innehåller inget kisel och bearbetar rent med standardverktyg i höghastighetstål, vilket i kombination med dess starka svar på mekanisk polering är varför den fortfarande är populär för dekorativa gjutgods med spegelfinish.
Från grovgjutning till färdigt stycke: Ytbehandlingsalternativ
En gjutning rakt ut ur formen har en grov, sandig eller strukturerad yta och vassa grindstubbar som måste tas bort innan delen ser ut eller fungerar som avsett. De fem behandlingarna nedan täcker de flesta aluminiumgjutningsidéer, från en snabb städning till en spegelpolerad utställning.
Fettning och gradning
Grindar, stigrör och blixt tas bort med en vinkelslip, bandsåg eller handfil. För partier av små delar, vibrerande tumling med keramiska media för 4 till 8 timmar rundar kanter och tar bort skiljelinjeblixt utan att handen avslutar varje del.
Sandblästring för en enhetlig matt yta
Glaspärlor i intervallet 60 till 100 korn, applicerat vid 80 till 100 PSI, ger en konsekvent satinstruktur som också hjälper till att dölja mindre ytporositet. Detta är en vanlig finish för utomhusfästen, växtmarkörer och verktygsfixturer.
Mekanisk polering
En progression genom 80, 120, 240, 400, 600 och 1200 slipmedel följt av en polerskiva och polermassa kan ge A356 eller 535.0 en spegelfinish på ungefär 30 till 45 minuter per liten del . Högre kisellegeringar som A380 polerar mindre jämnt eftersom kiselpartiklarna motstår nötning annorlunda än den omgivande aluminiummatrisen.
Anodisering för färg och slitstyrka
Anodisering av typ II svavelsyra bygger ett oxidskikt som är ungefär 5 till 25 mikron tjockt direkt på aluminiumytan, vilket kan acceptera färgämnen och höjer ythårdheten från cirka 75 till 90 HV för blankt aluminium upp till ungefär 300 till 400 HV för det anodiserade skiktet.
Pulverlackering för hållbarhet utomhus
Pulver appliceras elektrostatiskt och härdas vid 190 till 205 grader C i 10 till 20 minuter, vilket ger en UV-stabil, spånbeständig finish som är väl lämpad för trädgårdsprydnader, dragskydd och andra delar som lever utomhus.
Vanliga gjutningsfel och hur man fångar dem tidigt
De flesta aluminiumgjutningsproblem går tillbaka till en av sex orsaker, och var och en lämnar en igenkännbar signatur på den färdiga delen. Att kolla efter dessa innan man investerar tid i efterbehandling sparar mycket polerarbete på en del som aldrig skulle hålla.
| Defekt | Typisk orsak | Hur man upptäcker det | Förebyggande |
|---|---|---|---|
| Gasporositet | Väte löst i smältan från ytfuktighet | Små runda hålrum utspridda genom tvärsnittet | Avgasa smältan och torka verktyg och formar noggrant innan de hälls upp |
| Krympningsporositet | Otillräcklig matningsmetall eftersom tjocka sektioner stelnar sist | Oregelbundna hålrum nära stigrör eller korsningar med tjocka sektioner | Storlek stigrör större än den sektion de matar och placera dem på den högsta punkten |
| Cold Shut | Två metallströmmar möts utan att smälta samman, ofta från låg hälltemperatur | En synlig söm eller sprickliknande linje på ytan | Höj hälltemperaturen och förbättra grindhastigheten |
| Felkörning | Metall stelnar innan formhålan är helt fylld | En ofullständig gjutning med rundade, ofyllda kanter | Höj hälltemperaturen, förstora portarna eller förvärm formen |
| Hot Tearing | Gjutningen hålls fast av formen medan den dras samman vid hög temperatur | En taggig spricka vid en sektionsövergång | Lägg till filéer, undvik plötsliga sektionsbyten och använd hopfällbara kärnor |
| Inklusioner | Sand, oxidfilm eller slagg förs in i formhålan | Hårda fläckar som motstår bearbetning eller fläckar på ytan | Filtrera grindsystemet och skumma av slagg innan du häller |
Budgetera tid, material och energi för ett aluminiumgjutprojekt
En grundläggande propanugn i hobbyskala, inklusive ugnsskal, degel, lyfttång, hällskänk och skyddsutrustning, körs vanligtvis 300 till 800 USD och kan smälta laddningar på 2 till 5 kg. Grönsand för formar är återanvändbar i hundratals cykler med endast mindre tillsatspåfyllning mellan hällningarna, vilket gör att materialkostnaden per del domineras av själva aluminiumet snarare än formningsmediet.
700 till 760 C
Typisk hälltemperatur för A356, tillräckligt hög för rena fyllningar utan överdriven oxidbildning.
25 till 40 min
Smälttid för en 5 kg laddning i en propanugn för att nå hälltemperaturen från kallstart.
1,3 procent
Linjär krympning inbyggd i A356-mönster mellan häll- och rumstemperatur.
5 till 8 procent
Omsmält förlust till oxidation per cykel vid återanvändning av aluminiumskrot eller löpare och stigare.
För tidsplanering tar mönstertillverkning för en måttligt detaljerad del 2 till 8 timmar beroende på om den är huggen i trä, maskinbearbetad eller 3D-utskriven. Att rampa en grönsandform från ett färdigt mönster tar 1 till 3 timmar för en enda form. Smält- och hällstadiet, inklusive uppvärmning av ugnen, tar 1 till 2 timmar, och nedkylningen innan skakning varierar från 30 minuter för små tunna delar till 2 timmar för tyngre sektioner. Fettning och efterbehandling, beroende på vald ytbehandling, ger ytterligare 1 till 4 timmar. Sammantaget kan en enda måttligt komplex aluminiumgjutningsidé flyttas från skiss till färdig del inom en enda arbetsdag när mönstret är klart, med större delen av tiden till förberedelse och efterbehandling av formen snarare än själva gjutningen.
