Литье бронзы

5 Центробежное литье и его технология

Несколько слов скажем и о том, что собой представляет центробежное литье, с помощью которого получают разные по назначению бронзовые детали с высоким уровнем износостойкости (червячные колеса, шестеренки, обечайки, втулки, фланцы, кольца, вкладыши и так далее).

Под таким процессом понимают производство отливок в формах из металла под действием центробежных сил. Они отбрасывают заливаемый металлический расплав к стенкам формы, в результате чего и получается требуемая отливка (после затвердевания горячей композиции).

Центробежное литье осуществляется на специальном машинном оборудовании – вертикальном либо горизонтальном, в зависимости от того, как располагается ось вращения литейной формы. Особых конструктивных различий между такими агрегатами нет. Они состоят из тигеля для плавления бронзы, желоба, по которому подается расплав, корпуса, изложницы, электродвигателя, шкивов и валов, а также клиноременной передачи.

Основные характеристики бронзовых сплавов

Цвет бронзового сплава зависит от количественного состава легирующих элементов. Они оказывают влияние на физические свойства: пластичность, износостойкость, температуру плавления бронзы. В качестве легирующих компонентов выступают металлы (олово, алюминий, бериллий, свинец, марганец) и неметаллы (фосфор, кремний). Расплавить в домашних условиях можно любой бронзовый сплав. Зная маркировку лома, несложно определить точную температуру плавления бронзы. Но обычно состав бронзовых кусочков, подготовленных к плавлению, разнится. Тогда оценивают внешний вид металла.

Бронзовые сплавы классифицируют по двум категориям:

1. оловянные более пластичные;
2. безоловянные хуже поддаются обработке:

• бериллиевые характеризуются высокой прочностью, максимальной выносливостью на разрыв, кручение;
• у алюминиевых невысокая температура плавления, они устойчивы к коррозии, обладают хорошими антифрикционными свойствами;
• свинцовые пластичные, хорошо поддаются механической обработке;
• с добавками цинка и кремния отличаются текучестью, при плавлении равномерно заполняют форму для литья;
• сплав с железом неплохо сваривается, но контакт ее с агрессивными средами нежелателен;
• марганец улучшает прочностные характеристики с сохранением пластичности, свойственной меди;
• оловянно-свинцовые бронзы отличаются ковкостью, их подвергают горячей деформации, делают из сплава горячекатаный прокат.

Для литья в промышленных условиях используют оловянную бронзу с низкой температурой плавления, до +1000°С.

В отличие от латуни, бронза более вязкая в точке плавления. При заполнении форм сложной конфигурации в производственных цехах применяют центрифуги. Сплаву, разогретому выше температуры плавления на 5°, придают дополнительное ускорение, чтобы он растекался равномерно. При кустарном изготовлении отливок вязкость бронзового сплава в точке плавления желательно учитывать, чтобы не было брака на поверхности. Достоинством цветного металла литейщики считают низкую усадку при охлаждении. Удается получать литье, не требующее длительной доводки до заданных геометрических размеров. Из бронзовых сплавов делают качественные фасонные отливки.

ДЕКОРИРОВАНИЕ СКУЛЬПТУР ИЗ МЕТАЛЛА

Скульптурные произведения из металла — цветного, черного или драгоценного как завершение всего процесса изготовления обязательно нуждаются в декоративной отделке. Причем она не только улучшает внешний вид скульптуры, ажурной или кованой решетки камина, чеканного рельефа или художественного литья, но и предохраняют произведение, созданные в любой технике, от воздействия внешней среды, продлевает их век.

Известно немало рецептов нанесения тончайших защитных покрытий разного цвета, имеющих свою технологию. Перед химической обработкой скульптуры проводят механическую, затем скульптуру тщательно очищают, обезжиривают, отбеливают; предварительно отшлифованную и отполированную скульптуру покрывают тонкой защитной и в то же время декоративной тонирующей пленкой. Выбор того или иного вида декоративной отделки металлического скульптурного изделия диктуется качествами самого металла, а также предназначением того или иного изделия.

Литье бронзы

Литье бронзы используется издревле. На протяжении многих столетий сплавы из меди (бронза, латунь) использовались для изготовления орудий труда, охоты и украшений.

Совершенствование литейной технологии привели на современном этапе к возникновению множества методов литья металлов, в особенности цветных. Технологические возможности литья бронзы позволяют получать не просто предметы, а произведения искусства, которые с давних времен считались верхом совершенства.

Разработанные технологии позволяют производить плавку медных сплавов не только в условиях промышленного производства, но и в домашних условиях, в небольших мастерских.

Применение изделий и отливок изготавливаемых центробежным литьем на ООО «Завод Литейных Заготовок»

Втулки бронзовые, крышки и вкладыши подшипников трения для строительной и сельскохозяйственной техники, карьерных экскаваторов, дробильно-размольного оборудования, направляющие для кузнечно — прессового оборудования.

Венцы бронзовые для редукторов подъемных кранов, лифтов, специального промышленного оборудования.

Венцы бронзовые для редукторов подъемных кранов, лифтов, специального промышленного оборудования.

• Бронзовые сухари соединительных и предохранительных муфт
• Клапаны насосов и компрессоров высокого давления
• Кольца для поршней двигателей внутреннего сгорания и компрессоров

4 Финальные этапы художественного литья

К поверхности отливок при их обработке нередко пригорают остатки формовочной композиции. Их удаляют посредством грубых щеток из металла. Если же нужно очистить очень тонкое и изысканное изделие, обычно используют проволочные механические щетки.

Для улучшения качества полученных предметов из бронзы, кроме того, применяют чеканку. На отливке почти нереально получить изображение безупречного качества – рисунок нередко трудно назвать четким и идеальным.

Справиться с этой проблемой как раз позволяет доводочная операция чеканки. Она может занимать немало времени – чем более ажурное и тонкое изделие отливалось, тем дольше она будет выполняться. Также готовые изделия при необходимости покрывают патиной, серебром, позолотой, никелем.

Основные этапы

Чтобы получить качественные литые изделия требуется строгое соблюдение технологической последовательности. Процесс литья выглядит следующим образом:

1. Изготовление модели или копии по эскизу, чертежу. Материалы для модели –легко плавящиеся при невысоких температурах: стеарин, парафин, воск и прочие. Способность полного заполнения объема внутреннего пространства в форме сделало эти материалы широко используемыми.
2. Примыкание к модели литниковой системы производится приклеиванием, спаиванием или механическим креплением. Таким образом, формируют питатели, каналы, выпоры и другие элементы.
3. Изготовление литьевой формы производится из огнеупорной смеси. В основной состав смесей водит глина шамотная или глиноземная и кварцевый песок.
4. Освобождение формы от модельного состава производится путем нагревания паром или погружением в нагретую воду.
5. Обыкновенно литье бронзы производится свободной заливкой с использованием центробежных машин, избыточного или недостаточного давления (вакуума).
6. Охлаждение производится на воздухе или с использованием термостата.
7. После остывания, модельная форма разрушается. Производится обрубка литниковой системы. Заготовка отправляется на чистку с помощью промывки или химическими составами.

https://youtube.com/watch?v=mVzVJ6JrtQI

3 Заливка, выбивка и обрубка литейных форм

После того, как будет осуществлена формовка, приступают к подготовке расплава, который требуется для заливки формы. Его получают в дуговой, тигельной либо пламенной печи (видео).

Как только металл полностью расплавляется в печи, форму можно сразу же заполнять. Данная процедура длится буквально пару минут, но для операции отливки и результатов литья она имеет важнейшее значение. Если процесс выполняется с нарушением технологии, в заливке могут образоваться шлаковые раковины, спаи, пригары, серьезные недоливы. Заполнение форм в небольших мастерских и в бытовых условиях производится при помощи специальных “ложек” – ручных металлических ковшей.

После охлаждения отливки до заданной температуры (она может варьироваться) следует процедура выбивки. Выполняют ее молотком и клещами, просто-напросто разрушая форму (если применяется одноразовая форма). На литейных заводах чаще применяются многоразовые формы, разбивать которые не нужно.

2 Первые этапы технологии художественного литья

Сначала создается эскиз бронзовой конструкции при помощи подготовленных художников и дизайнеров. На его основании разрабатывается рабочий чертеж, по которому изготавливают отливочную модель, которая требуется для формирования в литейной форме отпечатка (контуров) будущего изделия.

Модели для художественного литья выполняются из слоновой кости или дерева (сосна, ольха, бук, липа), реже из пластика или гипса. На их поверхность обязательно наносят шпаклевку, грунтовку и несколько слоев специального лака, чтобы она была ровной и максимально гладкой.

Конструктивно же модели бывают следующих типов:

• Разъемные – сборные конструкции из отдельных элементов, которые можно разъединить после извлечения из формы по плоскости либо по сложной поверхности.
• Неразъемные – монолитные изделия, чаще всего используются в домашних условиях (при ручном литье).
• Специальные – скелетные либо формовочные шаблоны. Их применяют, когда из бронзы изготавливаются сложные конструкции.

После получения нужной модели приступают к производству литейной формы. Это долгий и трудоемкий процесс, выполняемый при помощи особых формовочных композиций (глина плюс кварцевый песок), приспособлений и специального инвентаря.

Литейные формы подразделяются на много- и одноразовые. Их наполняют расплавленной бронзой (смотрите видео), которая при остывании образует отливку, идентичную форме созданной модели.

Обзор литейных моделей

Перед тем как приступить к литью готового изделия, нужно сначала создать эскиз будущей формы. Чертеж выполняется специальными мастерами-художниками. Потом по нему будет создаваться отливная форма, в которую заливают основной расплав. Создание литейной формы – достаточно трудоемкое и ответственное занятие. Для этого используют специальные композиции для формования, инструменты и приспособления. Готовая модель играет основную роль во всем технологическом процессе. Ее внутренняя полость должна быть точной копией готового изделия по выплавляемым формам. В нее вливают расплавленный раствор, который впоследствии, находясь внутри, остывает и приобретает конечный вид.

Для придания устойчивости, чтобы во время отлива расплава в форму она не разрушилась, используют опоки. Это специальное приспособление, сделанное из двух прямоугольных соединяющихся частей, похожее на ящик. Обычно сделано из дерева либо фанеры. В металлических опоках происходит не только создание литейной формы, но и само литье. Модели для изготовления латуни и бронзы бывают многоразовые и одноразовые. Это зависит от того, из чего они изготовлены.

Материалы

Слоновая кость, дерево, гипс и полимеры. Также для изготовления многоразовой формы используют сталь. Реже всего используют пластиковый материал для создания литейной модели. В домашних условиях расплав чаще всего отливают в неразборную гипсовую форму. После остывания и затвердевания сплава в готовую фигуру форму аккуратно разламывают специальным молотком.

Конструкции

Конструктивно литейные формы могут быть трех типов.

Разъемная. Это конструкция, состоящая из двух и более деталей, соединяющаяся по прямой или сложной поверхности. Разъединяется для извлечения готового изделия. Чаще всего применяется на производстве для многоразового использования.

Технологии литья бронзовых изделий

Литье из бронзы можно разделить на несколько видов в зависимости от технологического процесса и использования литейных машин. Для плавки сплава используются индукционные печи. Сам металл покрывается флюсом.

Литье под давлением

В процессе вакуумного всасывания расплавленный металл начинает втягиваться в форму кристаллизатора. Далее начинается охлаждение заготовки, которое происходит от краёв к центру. В качестве кристаллизатора использует емкость с тонкими стенками. Она охлаждается водой. После охлаждения заготовка сама отходит от формы.

Центробежное литье

Центробежное литье бронзы применяется для изготовления деталей цилиндрической и конусовидной формы. К ним относятся уплотнительные кольца, втулки для промышленного оборудование и другие детали. С помощью центробежной технологии изготавливаются червячные колёса и шестерни. Технологический процесс подразумевает под собой вращение формы, благодаря чему расплавленный металл уплотняется.

Художественное литье

Технология художественного литья из бронзы используются в случаях создания декоративных элементов. К ним относятся различные скульптуры, светильники, решётки, ограды, сувенирная продукция. Этапы художественного литья из бронзы:

1. Изначально изготавливается чертеж будущей заготовки.
2. Далее мастер создаёт форму, в которую будет переливаться расплавленный металл.
3. Расплавляется исходное сырье — шихта.
4. Форма для литья заполняется расплавленным металлом.
5. Процесс охлаждения.
6. Извлечение заготовки из формы.

Последним этапом считается очистка и дальнейшая обработка детали. Если конструкция составная, изначально создаются и обрабатываются отдельные детали. После этого они соединяются в одну конструкцию. Швы зачищаются и обрабатываются защитными составами. При правильном выполнении технологического процесса создания декоративных элементов из бронзы, можно избежать ошибок и снижения качества готовой продукции.

Основные тонкости выполнения литья

Центробежное литье

С помощью данного способа литья изготавливают детали и оборудование для машиностроения и других промышленных отраслей. Основа технологии – центробежная сила. Она появляется из-за вращения литейной модели. Данный тип литья используют в основном для изготовления тел вращения. Формование может осуществляться машинами с вертикальной и горизонтальной заливкой. На машинах с горизонтальной осью вращения изготавливают:

• вкладыши;
• втулки;
• кольца.

На машинах с вертикальной осью вращения производят:

• гребные винты;
• червячные колеса;
• шестерни.

Художественное литье

В домашних бытовых условиях используют данный способ изготовления бронзы. Но этот сплав из меди обладает высокой текучестью, поэтому не полностью заполняет форму, в отличие от латунного сплава. Из-за этого задуманный рисунок на поверхности детали смазанный. Для придания четкости используют чеканку. Это довольно трудоемкий и времязатратный процесс. Но в то же время самый творческий момент художественного литья. От уровня выполненной чеканки зависит качество конечного вида изделия.

Этапы художественного литья:

• создание эскиза и рабочего чертежа;
• изготовление конструкции для создания литейной формы;
• изготовление литейной модели;
• подготовка модели;
• плавление шихты;
• отлив формомассы в литейную модель;
• охлаждение;
• извлечение из модели;
• обработка готового изделия шлифовальной машинкой, иногда используют щетку из металла.

Литье под давлением

Данный метод литья основан на воздействии избыточного, вакуумического давления. Используется принцип пресса, расплав в литьевую форму подают избыточным давлением. Пневмо- или гидросистема действует на поршень. Благодаря высокой скорости, с которой подается расплав высокой вязкости, создается избыточное давление, форма заполняется полностью.

Затем вакуумным всасыванием формомасса перетекает в полость кристаллизатора. У него тонкие стенки, окруженные холодной водой. Охлаждение переходит от краев в центр. Втягивание расплава происходит за определенный отрезок времени. Потом давление нормализуется, и лишние остатки формовочной массы стекают по стенкам.

Из-за усадки после охлаждения изделие легко достать из формы. За счет автоматизации форма заполняется расплавом за доли секунды, что значительно сокращает время изготовления деталей и является несомненным преимуществом данного способа литья. Вне зависимости от используемого метода литья, при изготовлении изделий из бронзы и латуни нужно соблюдать технику безопасности.

1. При работе нужно использовать защитные очки, чтобы уберечь глаза от капель расплавленного материала и испарений.
2. Перед началом деятельности следует надеть перчатки из специального жаропрочного материала.
3. Помещение должно хорошо проветриваться и вентилироваться, так как при плавлении данных сплавов выделяются вредные для человека газы.
4. Не стоит допускать контакт легковоспламеняющихся материалов и жидкостей с нагревательными приборами.
5. Нужно строго следовать технологии процесса. Так как это производство довольно травмоопасно.

О том, как делают бронзовые скульптуры, смотрите в следующем видео.

Общая характеристика металла

Бронза – это сплав меди в сочетании с оловом, реже в качестве дополнительного элемента используется кремний, свинец или алюминий. В зависимости от процентного соотношения металлов бронза приобретает различный цвет.

Базовые показатели этого материала обусловили его широкое применение в различных направлениях. Бронза отличается следующими свойствами:

• высокая прочность,
• износостойкость,
• низкий уровень коррозии,
• простота обработки,
• паростойкость,
• высокая тепло и электропроводность,
• устойчивость к различным повреждающим факторам. К ним относится и влияние окружающей среды.

По сравнению с другими аналогичными сплавами бронза отличается особой прочностью и стойкостью. Температура ее плавления 1000–1100 градусов.

Специалисты по работе с металлом используют два варианта бронзы: с содержанием олова и без него. Ко второй группе относятся такие типы бронзы:

• свинцовый – обладает высоким уровнем стойкости и устойчивости,
• бериллиевый – этот сплав характеризуется наибольшей стойкостью и прочностью, превосходя показатели стали,
• кремниецинковый – обладает наиболее высокой текучестью в расплавленном состоянии,
• алюминиевый – наиболее стоек перед различными раздражителями, особенно химическими.

Несмотря на хорошие показатели, оловянный тип бронзы получил самое широкое распространение. Особенностью бронзового литья является небольшой процент усадки, поэтому его часто используют для изготовления деталей, требующих точного соблюдения размера.

Поэтому такие изделия после отливки нуждаются в минимальной обработке, так как они имеют гладкую поверхность и четкие контуры. Это качество металла проявилось и в художественном литье, а также в отрасли машиностроения для изготовления различных деталей.

Полировка скульптурного произведения

Это следующий этап отделки скульптуры из металла. Полировка осуществляется полировочными пастами различного сметанообразного состава — смеси мела, извести, окиси хрома, алюминия, нашатырного спирта, воды и других компонентов. Славится полировочная паста ГОИ. Пасты бывают твердые, средние и тонкие. В такой очередности ими и пользуются. Если первой ликвидируют оставшиеся от шлифовки царапинки, второй добиваются ровного фона, то последней получают зеркальный блеск металла.

Полировку скульптуры обычно производят вручную, достигая идеальной равномерности и доставая до углублений рельефа. Более ровные и крупные детали скульптурного изделия полируют на специально изготовленных кругах из нескольких слоев войлока, фетра, толстого сукна.

Закрепленный на небольшом металлическом стержне, который крепится в патроне точильного или сверлильного станка, полировочный круг, смазанный пастой, вращаясь, полирует скульптурное изделие. Затем художественную доводку скульптуры осуществляют на сухом матерчатом круге.

Наиболее труднодоступные участки скульптурного произведения полируют специально изготовленными палочками из древесины более твердых пород — бука, дуба и мягких — липы, груши. Рабочая часть полировочных палочек, которая смазывается пастой, разнообразна: выпуклая, вогнутая, коническая и так далее. Узкие сквозные отверстия скульптуры полируют шелковым шнуром, а то и суровой нитью, покрывая их пастой.

Полирование скульптуры путем уплотнения, выглаживания металлической поверхности скульптуры производится специальным инструментом — полировочным гладильником (гладилом). Он изготавливается из высокопрочной стали. Гладильник полируется и закаливается. Полирование осуществляется проглаживанием под нажимом в одном направлении до появления глянца на полируемой поверхности. Затем выглаживание осуществляется в перпендикулярном направлении. Рабочая часть гладильника шарообразна. Полируемую поверхность скульптуры для лучшего скольжения рабочей части полировальника время от времени, смачивают специальным раствором в воде мыла и нашатырного спирта.

Технологии литья бронзовых изделий

Для художественного литья из бронзы или латуни на предварительном этапе проводятся следующие работы:

1. Создается эскиз будущей фигурки, а потом чертеж с размерами.
2. Используя слоновую кость, гипс или дерево, воссоздается модель будущего бронзового изделия.

Художественное литье из бронзы и латуни состоит из следующих шагов:

1. На первом этапе идет плавление металла.
2. Ведется заливка его в формы сроком на 1–2 мин.
3. После застывания металл достают.

Искусство бронзовой отливки позволяет получать как предметы быта, так и фигурки или статуэтки.

Плавление металла

Литье под давлением

Процесс литья под давлением заключается в подаче расплавленного металла в пространство формы. Источником энергии является пневматическая или гидравлическая система, которая через поршень воздействует на расплавленную бронзу. Благодаря высокому давлению заполнение литьевой формы происходит в течение 0,1 с. Металл поступает во все уголки, не оставляя свободных карманов. Затем наступает период охлаждения. Начинается он с наружных объемов и перемещается к центру.

Работа совершается с помощью автоматического оборудования. Полученные тонкостенные изделия отличаются мелкозернистой структурой.

Центробежное литье

В основу такого литья положен принцип центробежной технологии. Заполняемую металлом форму начинают вращать. За счет центробежных сил идет отбрасывание металла к стенкам. Все легкие добавки заполняют центральную часть, отделяясь от изделия. Готовая продукция получается без вредных примесей.

Сложные конструкции форм позволяют получать отливки не только в виде тел вращения. Для этого в форму устанавливаются дополнительные штыри, которые являются осями бокового орнамента основного изделия.

Художественное литье

Художественное литье позволяет изготавливать из бронзы предметы для домашнего интерьера. Сюда относятся светильники, бра и скульптуры.

В некоторых случаях готовая продукция состоит из нескольких отливок, которые соединяются в одно целое. Все компоненты после извлечения из формы подвергаются чистке. С целью придания товарного вида проводится никелирование или хромирование.