Формовочная смесь для литья бронзы

Данные археологических раскопок, а также исторических хроник подтверждают, что бронзовое литье можно отнести к старинным способам обработки металла.

Технологию, требующую виртуозного мастерства при точном соблюдении правил, ремесленники прошлого держали в секрете.

Современное литье бронзы представляет собой прочный сплав древних литейных секретов с прогрессивными технологиями, что позволяет любоваться красотой авторских изделий.

Бронза в литейном деле

О технологии бронзового литья было известно не менее 12 тысячелетий тому назад, тогда из бронзы отливали не только простые орудия труда и предметы домашнего обихода, но и разнообразные украшения. На протяжении веков мастера литейного дела совершенствовали технологию, которая сегодня стала отработанным способом создания уникальных предметов различной направленности.

Произведения мастеров средних веков и античных времен, сохранившиеся до наших дней, удивляют совершенством бронзового литья. Современная изысканность бронзовых изделий ассоциируется с аристократизмом средневековья, украшая современный быт.

Совершенствование этапов работы с металлом позволяет использовать бронзу не только для изготовления скульптурных композиций и сувенирных наборов. Из металла отливают ограждения (ворота, заборы) и лестничные конструкции, предметы оформления интерьеров, барельефы и осветительные приборы.

Общие характеристики металла

Бронза не относится к однородным металлам, а представляет собой сплав на основе меди, усиленный легирующими добавками алюминия, бериллия, свинца, кремния, олова. На основе количества и типа дополнительных компонентов, кроме латуни, бронзовый сплав приобретает определенную расцветку, ряд химических и физических характеристик.

Бронзу относят к особо прочным и стойким сплавам, температура ее плавления составляет 900–1100 градусов. С учетом базовых показателей материала, его применяют на производстве, а также для получения художественного литья благодаря обилию полезных свойств:

• высокой прочности, износостойкости;
• исключительно низкому уровню коррозии;
• простоте обработки, паростойкости;
• способности проводить ток и тепло;
• устойчивости к внешним повреждениям.

С точки зрения химического состава, бронза может быть двух вариантов – безоловянные и оловянные сплавы. Сочетание олова с медью наделяет конечный материал крепостью, но понижает температуру плавления и теплопроводность. В качестве примера бронзово-оловянного сплава можно назвать колокольную бронзу, но изделия из нее приобретают повышенную хрупкость.

Бронзы без олова

К материалам без содержания олова относят следующие виды:

• особо стойкая свинцовая с широким спектром антифрикционных свойств, тугоплавкая;
• бериллиевая – самая прочная и пластичная после закаливания;
• кремниецинковая с высоким показателем текучести при расплавлении;
• алюминиевая – стойкая к агрессии химических элементов, окружающей среды.

В составе многокомпонентного сплава без присутствия олова содержится 2,5 % легирующих элементов, значительно улучшающих набор полезных качеств бронзового металла.

Наличие железных примесей способствует улучшению структуры и прочностных характеристик сплава.

Для маркирования бронзы применяют сочетание букв «Бр», после которых следует первые буквы названия добавки (алюминий, бериллий, свинец и т.д.) и процент ее содержания в сплаве.

Температура плавления

Сведения о температурах плавления и литья отдельных видов бронзы приведены в таблице ниже:

По технологическим характеристикам бронзы бывают двух типов:

• деформируемый вид, отлично выдерживающий механическую обработку, используют для штамповки, изготовления проволоки, производства листов;
• литейную разновидность стойкую к высоким температурам, используют для отливки изделий больших габаритов с особо сложной конфигурацией.

Название «бронза» металл получил по аналогии с древнейшим морским портом Италии – Бриндизи. В четвертом тысячелетии до н. э. местные металлурги достигли совершенства в массовом производстве сплава меди и олова, а эпоху стали называть бронзовым веком.

Подготовка к работе

Металл популярен не только в различных отраслях современной промышленности (судостроение, авиация, ракетная техника и др.), но также для литья скульптурных композиций по причине долговечности и стойкости к механическим повреждениям. Высокохудожественные формы бронзовых изделий украшают театры и дворцы, залы торжественных мероприятий.

Несмотря на сложность технологии, художественное литье бронзы остается востребованной процедурой, которая реально станет прибыльным бизнесом по причине низкой насыщенности рынка. Сначала будущему мастеру понадобится стартовый капитал не менее 200 тысяч рублей, чтобы заняться приобретением оборудования, постижения секретов работы с материалом.

Необходимое оборудование

Для обустройства небольшой плавильной мастерской нужно приобрести:

• простую плавильную печь;
• чугунный либо стальной тигель;
• специальный вид щипцов для извлечения тигля;
• формы для отливки, вспомогательный крючок;
• горн потребуется, если печь не муфельная;
• запас древесного угля, если использовать горн для плавления.

Подбирая помещение для литейных работ, важно снабдить его эффективной вентиляцией, подготовить набор надежных средств, обеспечивающих противопожарную защиту. Для отлива мелких изделий можно воспользоваться небольшим помещением. Литье крупногабаритных конструкций лучше выполнять в цеху или гараже.

Общий план процесса выглядит следующим образом:

• создание эскиза, а затем модели для отлива;
• загрузка металлолома в тигель, плавление внутри печи;
• заполнение отливочной формы жидким сплавом;
• извлечение готового изделия, устранение дефектов.

Перед процессом самостоятельного литья бронзы необходимо запастись сырьем. Для этого подойдет небольшой запас бронзового лома – выпускаемые промышленностью слитки металла либо детали сантехнических приборов.

Этапы бронзового литья

Художественные изделия, отлитые из бронзы, удивляют изысканностью внешних очертаний, а время не вредит их поверхности. Благодаря формированию оксидной пленки, обволакивающей поверхность поделки, она превращается в антиквариат, что повышает цену бронзовых моделей. Теперь рассмотрим подробнее каждый этап домашнего литья с учетом важных нюансов производственного процесса.

С чего начинать

На подготовительной стадии идею для собственноручного творчества следует отобразить на бумаге – подготовить эскиз будущего шедевра.

По чертежу будет создана модель изделия из выбранного материала – гипса, дерева, пластилина, воска или других пластичных материалов, для плавления которых достаточно невысоких температур.

Заготовка создает отпечаток внутри литейной формы, обозначая контуры бронзовой статуэтки.

Занимаясь литьем, мастера выбирают определенный вид модели в зависимости от характеристик будущего изделия.

1. Неразъемной конструкцией пользуются во время ручного литья. Модель такого вида, сохраняющую четкие очертания контура, удается извлекать из формы без разделения ее на части.
2. Конструкция разъемной заготовки состоит из отдельных частей. Элементы каркаса, применяемого для создания сложных поверхностей, легко отделить друг от друга, чтобы изъять заготовку.
3. Специальный тип модели, представляющий собой шаблон для формовки, выбирают для отлива конструкций со сложным рельефом. Такие формовочные модели чаще называют скелетными.

Чтобы получить максимально гладкую поверхность моделей, сконструированных из древесины, гипса или слоновой кости, их подвергают шпаклевке, грунтовке. На финишном этапе поверхность вскрывают модельным лаком (2 слоя). Когда работы над моделью полностью закончены, приступают к изготовлению формы для бронзового литья.

Скульпторы-миниатюристы советуют создавать мастер-модель из полимерного пластика вручную. Изготовление сложных моделей – более трудоемкий процесс с использованием литниковой системы, визуализирующей путь течения металла.

Конструирование литейной формы

Литье бронзы в домашних условиях начинают с изготовления формы. На этапе формовки выбирают один из видов форм – одноразовый или многоразовый. Затем емкости наполняют жидким металлом. Когда бронза остывает, она обретает контуры будущего домашнего шедевра.

Форму можно изготовить из готовой формовочной смеси, имеющейся в продаже, пользуясь набором специальных приспособлений. Чаще основным материалом для формовки мастера выбирают глинисто-песчаную смесь.

Глину соединяют с тщательно очищенным песком кварцевой разновидности.

С учетом литейной технологии, форме для литья отводится решающая роль, что требует строгого соблюдения правил формовки.

Литейная конструкция, которая будет заполнена расплавленным металлом, должна быть прочной и сохранять свои пропорции.

Задача реализуется при помощи опок, представляющих собой две металлические полуформы, удерживающие объем формовочной смеси во время ее уплотнения. После завершения формовочного процесса приступают к работе с металлом.

Этап формования

Когда отливочная форма правильно подготовлена (прокалена внутри печи), предстоит заняться подготовкой расплавляемой массы. Для этого нужно измельчить подготовленный бронзовый лом и загрузить его в предварительно вычищенный тигель.

Что делать дальше:

• тигель с металлоломом поместить в печь и нагревать до требуемой температуры;
• когда бронза расплавится, тигель нужно еще несколько минут прогреть в печи для достижения максимальной текучести металла;
• пользуясь щипцами и крючком, емкость с расплавленным металлом извлечь из печи;
• заполнить расплавленным составом подготовленную форму, контролируя толщину струи расплава.

Занимаясь плавкой бронзы, в домашних условиях нужно самостоятельно поддерживать определенный температурный режим, учитывая параметры качества сплава. Если плавить бронзы оловянистого состава, требуется температура не выше 950 °С. Для безоловянистых сплавов максимальная температура составляет 1100 °С.

Заливка

Процесс заливки расплавленного состава во время литья имеет свои технологические особенности:

• при использовании крупной формы жидкая масса бронзы полностью вытесняет воздух из емкости;
• применение маленьких формочек требует наличия центрифуги для равномерного распределения массы внутри формы.

Заливка по формам продолжается не более 2 минут. Но ее правильное выполнение обеспечивает качество поверхности готового изделия. Результатом несоблюдения правил станет появление дефектов – пригаров, недоливов, шлаковых раковин, спаев.

Извлечение

Завершив отливку, дожидаются остывания металлической массы. Затем бронзовое изделие можно извлекать из многоразовой формы, пользуясь щипцами и крюком. Одноразовую заготовку для отливки просто разрушают. Необходимо учесть, что после завершения литья поверхность собственноручно отлитой статуэтки не порадует отличным качеством. Художественное изделие требует специальной обработки.

Обрубка и сборка

Даже при соблюдении всех правил технологии литья бронзы не удастся избежать появления изъянов на поверхности отлитой статуэтки. После печки она выглядит оплавленным куском металла.

Чтобы придать бронзовой поделке товарный вид, ее нужно для начала обработать при помощи металлической щетки либо абразивного материала, позволяющих сгладить следы прибылей заливов, выпоров.

Операция очистки, выполняемая механическими инструментами, получила название обрубки.

Если в составе бронзовой конструкции несколько элементов, на завершающем этапе литья их соединяют в единое изделие. По ходу монтажа отливки гнезда соединения должны совпадать полностью.

Основной недостаток ручного разлива металла – неполное заполнение формы из-за высокой текучести бронзы. Это вредит четкости поверхностного рисунка. Чтобы устранить неприятный дефект, мастера рекомендуют заняться творчеством чеканки.

Центробежное литье бронзы

Минимизировать затраты на выполнение механической обработки поможет центробежное литье бронзы, выполняемое на недешевом оборудовании. Технологию применяют на производстве для изготовления деталей (шестеренки, втулки, вкладыши, кольца и др.) с повышенным требованием к износостойкости.

Главное отличие этого вида литья связано со способом заполнения расплавленной бронзой отливочных форм, подвергаемых действию центробежной силы. Под ее влиянием происходит разбрасывание заливаемого бронзового расплава по поверхности стенок формы, равномерно покрываемых горячей композицией.

Технологию центробежного литья реализуют на специально разработанном оборудовании с вертикальным либо горизонтальным расположением оси вращения литейной емкости. Производственный комплекс состоит из следующих элементов:

• тигля для расплавления металлического лома;
• желоба для подачи расплавленной массы внутрь литейных форм;
• изложницы (прямоугольная форма из прочного материала).

Для обеспечения вращения устройство оснащено электродвигателем, привод которого работает на клиноременной передаче.

Центробежная технология плавления бронзы позволяет добиться высокого качества литья при изготовлении бронзовых конструкций, имеющих чрезвычайно сложный рельеф.

Благодаря центробежному распределению расплавленного металла внутри литейной емкости повышается плотность поверхности отливки, стремительно возрастает износостойкость изделия.

Используемая литература и источники:

• Hedden, Thomas Dexter. The Names of the Metals in Slavic and Baltic and Their Significance for the Ethnogenesis of the Slavs, University of California in Berkeley, 1988
• Ковшов А. Н. Технология машиностроения. — М.: Машиностроение, 1987.
• Hart, G. H. & G. Keeley, 1945. Metal Work For Craftsmen, London: Sir Isaac Pitman & Sons.

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.

Литье бронзы

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

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.

Художественное литье бронзы и латуни предусматривает получение максимально гладкой поверхности, поэтому для воссоздания модели используются достаточно твердые материалы:

1. • древесина;
   • гипс;
   • слоновая кость.

Для получения максимально гладкой поверхности, она подвергается устранению пористости шпатлеванием, грунтованием и покрытием лаком.Литейные модели изготавливаются разъемными; неразъемными — подходят для отливки изделий простой формы; специальными для деталей имеющих достаточно сложную конфигурацию.

Литейные формы бывают двух типов: одноразовыми и многоразовыми. Все зависит от материала из которого они изготовлены. Если для изготовления используется глинисто-песчаная смесь, то для сохранения ее формы требуются металлические опоки, предотвращающие разрушение смеси.

Многоразовые формы изготавливаются из сталей с горизонтальной или вертикальной линией разъема. Для повышения литейных способностей медного сплава используются смазки, которые предотвращают появление спаев, пригаров и прочих дефектов.

Температуры плавления

Температура плавления бронзы напрямую зависит от наполняемости химическими элементами сплава. Ведь в качестве легирующих компонентов могут выступать тугоплавкие элементы. Так, максимальная температура для разлива бронзы составляет 1350 °С.

Маркировка легирующих элементов, добавляемых в сплавы меди:

• алюминий (А);
• бериллий (Б);
• железо (Ж);
• кремний (К);
• марганец (Мц);
• никель (Н);
• свинец (С);
• селен (О);
• титан (Т);
• цинк (Ц).

Для деления бронзовых сплавов пользуются двумя определениями – это оловянистые и безоловянистые бронзы. Температура плавления пригодного для литья, в зависимости от ее химического состава приведена в таблице.

Сплав, обозначение	Температура для литья, °С
БрОФ4-0,25	1300
БрОЦ4-3	1250
БрОЦС4-4-4	1200
БрАЖ9-4	1200
БрА9Мц2Л	1150
БрА10Ж8Л	1190
БрА11Ж6Н6	1185
БрАЖС7-1,5-1,5	1150
БрС3О	975
БрА5	1200
БрКН1-3	1050
БрБНТ1,7	1050
БрАМц10-2	1150
БрКМц3-1	1150
БрМц5	1150
БрБ2	1100
БрСН60-2,5	1100

Это далеко не полный перечень литейных бронзовых сплавов.

Если плавка бронзы производится в домашних условиях, то особое внимание следует обращать на температуру плавления сплава. Оловянистым бронзам не требуется преодолевать тысячеградусный порог. Им достаточно 900°С — 950 °С. Безоловянистым сплавам уже требуется 950 °С — 1100 °С.

Детали, получаемые из бронзы методом центробежного литься

При выплавке бронзовых деталей стоит учитывать их высокую вязкость. Поэтому для качественного литья нагревать их следует выше температуры плавления примерно на 100 градусов. Бронзы обладают минимальной усадкой, которая не превышает 1,5%. Данная характеристика является преимуществом перед латунями и позволяет получать фасонные отливки.

Для сравнения можно посмотреть на температуру плавления латуней. Выделяются две категории латуней – это двухкомпонентные и многокомпонентные латуни. В состав двух компонентных сплавов кроме меди входит цинк. Его количество влияет на температуру плавления, которая находится в диапазоне 880°С — 965°С.

Для много компонентных температурные режимы повышаются до 895 °С — 1070 °С из-за ввода легирующих компонентов с высокой температурой плавления.

Технологии литья бронзовых изделий

Плавка, как и обработка резанием, широко распространенная операция получения деталей. Для плавки рекомендуется использовать индукционные плавильные или тигельные нагревательные печи. Выбор обуславливается экономным потреблением электричества.

Чтобы сохранить химический состав сплавов применяются флюсы. С их помощью можно:

• Защитить внешний слой поверхности расплава:
  1. от окисления;
  2. повысить объем годного расплава;
  3. исключить неметаллические компоненты;

• Дегазировать состав из-за чего снижается образование:

Для получения гладких поверхностей на отливке и легкости ее извлечения после охлаждения используются антипригарные краски. Их использование обеспечивает:

• смазку пресс-форм;
• защиту от разрушения при контакте с расплавом;
• отсутствие пригаров.

Литье под давлением

Литье под давлением происходит при воздействии избыточного или недостаточного (вакуумического) давления. Для подачи расплава под избыточным давлением используется прессовый принцип.

На поршень действует усилие от гидро- или пневмосистемы. Высокая скорость подачи наряду с высокой вязкостью создают высокое давление, позволяющее полностью заполнить форму.

У полученных отливок высокая точность и мелкозернистая структура.

За счет вакуумного всасывания расплав втягивается в форму кристаллизатора.Охлаждение происходит к центру формы. Требуемое количество расплава втягивается за определенный промежуток времени.

Кристаллизатор — емкость с тонкими стенками, которые охлаждаются водой.

После восстановления нормального (атмосферного) давления излишки расплава стекают. После охлаждения за счет усадки деталь самостоятельно извлекается из формы. Автоматизация процесса вакуумного всасывания позволяет заполнять форму в минимальное количество времени, вплоть до 0,1 секунды.

Готовое изделие из бронзы

Центробежное литье

Целесообразно использовать центробежное литье, разливая бронзу и латунь при изготовлении деталей типа тел вращения. Формирование деталей происходит на машинах с горизонтальной и вертикальной осями вращения. На машинах с горизонтальной заливкой отливают:

На машинах с вертикальной заливкой отливают:

• шестерни;
• червячные колеса;
• гребные винты.

Центробежное литье

В основе технологии лежит центробежная сила, которая образуется при вращении формы. Расплав уплотняется под действием сил, вытесняя сторонние компоненты.

Художественное литье

Современные тенденции диктуют применять литье не только при производстве деталей к механизмам и агрегатам, но и при получении элементов интерьера. Так, используя технологию художественного литья можно изготавливать:

• барельефы, скульптуры;
• элементы оград, решеток, ограждений ворот;
• сувенирную продукцию;
• светильники, бра;
• элементы интерьера.

Этапы технологии получения отливок следующие:

• изготовление модели;
• изготовление формы;
• подготовка формы;
• плавка шихты;
• подготовка расплава к заливке;
• охлаждение;
• извлечение из формы;
• обрубка;
• чистка и придание товарного вида.

Готовые отливки, по замыслу мастера, соединяются в единое изделие, если оно является многокомпонентным. После чего могут хромироваться, никелироваться, покрываться патиной и другими металлами.

Литье в домашних условиях

Многие мастера занимаются отливкой изделий из бронзы в домашних условиях. В основном это детали интерьера и фигурное литье. Кроме основных приспособлений, требуется приобрести вспомогательные инструменты и материалы. Среди них:

• щипцы;
• уголь (древесный, каменный);
• тигель;
• горн.

Плавильная печь, использующаяся в домашних условиях

Горном подается воздух, необходимый для поддержания горения угля, который создает необходимую температуру для плавления бронзы. Щипцами производится изъятие тигеля из камеры нагрева и разлив расплава. В связи с тем, что бронза плавится при невысоких температурах, то плавильную печь можно заменить газовым резаком (автогеном) или паяльной лампой.

Художественное литье из бронзы предполагает проведение работ в отдельном помещении, которое должно быть оборудовано средствами пожаротушения, приточно-вытяжной вентиляцией. Кроме того, в нем необходимо организовать места хранения для инструмента, приспособлений, материалов, а также организовать условия для личной гигиены.

Изделия из бронзы, после того как их извлекли из литейной формы, выглядят как черный, обугленный, оплавленный кусок металла. Для придания презентабельного вида на первоначальном этапе пользуются металлической щеткой или машинкой с насадками из абразивного материала.

Достаточно хорошая текучесть бронзы, в отличие от латуни, не способствует полному заполнению формы при ручном разливе в домашних условиях, в следствие чего рисунок на поверхности отливки нечеткий.

Для устранения данного дефекта мастера используют чеканку. Она помогает придать окончательный вид изделию, если на нем множество ажурных орнаментов. Чеканка занимает довольно много времени.

Технология литья бронзы в домашних условиях

При изготовлении декоративных изделий из металла часто используется бронза. Из этого материала получаются привлекательные изделия, которые длительное время сохраняют приличный внешний вид.

Литье бронзы считается одни из самых популярных литейных процессов и применяется сотни лет для изготовления различных изделий из этого металла.

Чтобы понимать насколько этот материал подходит для литья и как с ним правильно работать, требуется обладать общей информацией о самом металле и способах его обработки.

Литье бронзы

Бронза представляет собой сплав, в состав которого может входит олово, медь и другие компоненты. К сторонним примесям относится цинк, алюминий, бериллий, свинец, никель или кремний. Если говорить о составе, бронзу можно разделить на две группы:

1. Оловянные сплавы. Материал может состоять из двух и нескольких компонентов. Олово относится ко второму по процентному содержанию компоненту сплава.
2. Безоловянные сплавы. В состав могут входить алюминий, свинец, кремний, свинец или бериллий. Эти компоненты изменяют характеристики сплава.

К характеристикам бронзового сплава относятся:

1. Плотность. Этот показатель зависит от содержания олова в составе. Среднее число 9,1 кг/куб. см.
2. Температура при которой плавится металл. Изменяется в зависимости от компонентов состава. Диапазон 880–1060 градусов по Цельсию.
3. Теплоемкость — 0,385 кДж / (кг*К).
4. Электропроводность — 0,176 мкОм*м.

При желании изменить какую-либо из характеристик сплава в его состав добавляется определённое количество сторонних примесей.

История технологии

Историки и археологи утверждают, что литье из бронзы начало развиваться более 10 тысяч лет назад.

В начале истории появления этого сплава он использовался для производства орудий труда и примитивных украшений. Раньше сплав использовали только в производственных целях.

На данный момент бронза используется для изготовления декоративных изделий, заборов, подвижных ограждений, люстр, бра, скульптурных композиций.

Моментом самого главного пика изготовления изделий из бронзы является период европейского барокко. В этот период люди украшали свои дома и поместья декоративными элементами из этого сплава.

Основные этапы

Литье бронзы подразумевает под собой технологический процесс, который требует использование специального оборудования и соблюдения определённых этапов производства:

1. В первую очередь подготавливается чертеж будущей заготовки.
2. Создаётся примыкание к модели литниковой системы. Для этого производится спаивание или приклеивание.
3. Изготавливается литьевая форма из огнеупорных смесей.
4. Форма освобождается от модельного состава. Для этого её нагревают паром или опускают в ёмкость с горячей водой.
5. Используя центробежную машину, расплавленная бронза заливается в форму.
6. Будущей заготовке дают самостоятельно остыть.

Для дальнейшей обработки детали из бронзы форма разбивается. Заготовка промывается с помощью химических составов.

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.

Изделие из бронзы

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.

Литье в домашних условиях

Опытные мастера металлургии практикуют литье из бронзы в домашних условиях. Для проведения этого процесса требуется приобрести:

• горн;
• щипцы;
• древесный или каменный уголь;
• тигель в котором будет плавиться металл.

В качестве нагревательного элемента для плавки бронзового сплава часто используют газовую горелку. Связано это с тем, что бронзу можно расплавить при небольшой температуре. Так можно сэкономить на покупке индукционной печи.

Литье в домашних условиях

Создание литейной формы

Литье бронзы в домашних условиях требует правильного изготовления форм для литья. Формовочная смесь должна состоять из смеси, песчаника, каменноугольной пыли, глины. Этапы изготовления формы:

1. Формовочная смесь засыпается в деревянный ящик, который называется опока. Сверху её утрамбовывают слабыми ударами.
2. Далее в формовочную смесь погружается модель будущей заготовки.
3. Сверху располагается ещё один ящик (опока). В него засыпается формовочная смесь. Трамбуется.
4. Далее мастер разделяет форму на нижнюю и верхнюю половины.

Как правильно залить расплавленную бронзу в литейную форму

Литье из бронзы в домашних условиях требует особой подготовки литейных форм. Из них требуется удалить воздух чтобы получились долговечные отливки без дефектов. Формы необходимо раскрутить в центрифуге с электроприводом. После этого можно заливать расплавленный металл.

Как получить более качественное литье

Качество литья можно повысить. Нужно использовать другой изменённую технологию. При этом используется воск. Из него изготавливают формы, в которые будут заливаться отливки. Можно использовать парафин. Чтобы сделать такую модель, требуется использовать готовую форму, которая нагревается в кипящей воде. Литье бронзы известно многие сотни лет. С помощью этого технологического процесса изготавливаются декоративные элементы, ограждения, светильники и скульптуры. В состав бронзы входят разные компоненты, которые влияют на характеристики сплава. Существует различные виды изготовления отливок из бронзы, которые подразумевают разные технологические процессы.

Литье из бронзы: технология художественного бронзового литья

Литье бронзы позволяет изготавливать изделия, отличающиеся исключительной декоративной привлекательностью. Технология литья из данного сплава, основу которого составляет медь, известна на протяжении многих веков, но и в наше время она продолжает совершенствоваться.

Внешний вид бронзовых изделий говорит об кропотливом труде мастера, превращающего безликий металл в художественное произведение

История технологии

По мнению историков, возраст, который имеет бронзовое литье, составляет 12 тысяч лет. Изначально при помощи такой технологии из бронзы изготавливались украшения и простейшие орудия труда. С течением времени данная технология совершенствовалась, и сегодня она представляет собой метод, при помощи которого создают множество уникальных изделий из данного сплава.

Современный уровень развития литья из бронзы позволяет получать из данного сплава меди различные предметы не только в производственных, но и в домашних условиях.

Благодаря изобретению бронзы, а также развитию технологий ее обработки, основной из которых является литье, мы и сегодня можем наслаждаться видом произведений искусства, которые были созданы мастерами еще в Средние века и в античные времена.

Старинный бронзовый набор письменных принадлежностей

Наибольшую популярность бронзовое литье, а также литье латуни – еще одного сплава, основу которого составляет медь, приобрело в эпоху классицизма и европейского барокко. Именно в те времена люди научились использовать эти материалы для того, чтобы создавать уникальные интерьерные элементы и декор.

Такие сплавы, созданные на основе меди, и сегодня активно применяются при изготовлении:

• предметов, служащих для оформления интерьера;
• ворот и заборов, выполняющих не только декоративную, но и защитную функцию;
• скульптурных композиций и сувенирной продукции;
• барельефов и элементов оформления осветительных приборов – люстр и бра;
• элементов лестничных конструкций и входных групп.

Литьё из бронзы для изготовления рукоятей ножей

Многие из таких изделий, не отличающихся большими габаритами и сложностью форм, можно изготавливать из бронзы и латуни не только в производственных, но и в домашних условиях.

Этапы художественного литья из бронзы

Для того чтобы качественно выполнить литье из такого металла, как бронза, необходимо придерживаться определенной последовательности действий. В первую очередь следует отразить в эскизе форму изделия, которое планируется отлить из бронзы.

На базе эскиза, над созданием которого на современных предприятиях работают профессиональные художники и дизайнеры, специалисты создают чертеж, в котором точно отражены все размеры будущей отливки.

Именно чертеж является базой для изготовления точной модели, которую используют для производства литейной формы.

Для создания модели изделия, которое будет в дальнейшем изготавливаться из бронзы методом литья, могут использоваться различные материалы, в частности:

• слоновая кость;
• древесина (при этом преимущество отдается таким сортам данного материала, как сосна, ольха, бук, липа);
• гипс;
• различные виды полимерных материалов.

Полости восковой модели будущей статуэтки заполняются глиной, которая будет удаляться после отливки

Чтобы поверхность модели была максимально гладкой, ее грунтуют, шпаклюют и покрывают несколькими слоями лака. При изготовлении литейной модели могут быть использованы не только разные материалы, но и различные конструктивные подходы. Так, модели могут быть:

• разъемными (это сложные конструкции, состоящие из нескольких составных элементов, которые могут соединяться между собой по плоским или сложным поверхностям);
• неразъемными (модели монолитного, наиболее простого типа, чаще всего используемые для выполнения литья в домашних условиях);
• специальными (сюда относятся скелетные или формовочные шаблоны, используемые в тех случаях, когда необходимо сделать литейную форму для изготовления предметов, отличающихся сложной конфигурацией).

Следующим этапом после создания точной модели будущего изделия из бронзы является изготовление литейной формы. Для этого используются специальные приспособления и инвентарь, а основными материалами, которые применяются в этом случае, являются формовочные смеси, созданные на базе глины и тщательно очищенного кварцевого песка.

Наиболее продолжительной стадией литья из бронзы является формовка – изготовление литейной формы

В таком технологическом процессе, как литье, выполняемое из бронзы и любого другого металла, литейная форма играет решающую роль.

Именно в такую форму, внутренняя полость которой должна в точности повторять отливаемое изделие, заливается расплавленный металл, в ней же он и остывает, формируя готовую отливку.

Литейные формы, применяемые как в производственных, так и в домашних условиях, могут быть одно- или многоразовыми, что определяется не только материалом, из которого они изготовлены, но и особенностями их конструктивного исполнения.

Для того чтобы спрессованная и застывшая смесь, из которой изготавливается литейная форма, не разрушилась в тот момент, когда на нее начинает воздействовать расплавленный металл, ее помещают в специальные приспособления, которые называются опоки.

Опоку часто делают из фанеры или древесины

Размер таких опок, которые также могут быть одно- и многоразовыми, целиком и полностью зависит от геометрических параметров будущего изделия. В опоках, которые обычно изготавливают из металла, проходит как создание литейной формы, так и само литье.

Познавательно видео о достоинствах и особенностях художественного литья из бронзы.

Тонкости технологии

Для того чтобы выполнить художественное литье из бронзы или изготовить из данного сплава изделие практического назначения, необходимо в первую очередь получить расплавленный металл.

Для плавки металла применяются различные типы печей: индукционные, дуговые, пламенные и др.

В самом простейшем варианте (при выполнении литья в домашних условиях) для плавки бронзы можно использовать и обычную газовую горелку, расположив ее под специальной емкостью для расплава.

Возможностей небольших печей, которые можно изготовить и самостоятельно, вполне хватает для того, чтобы выполнять в них плавку цветных металлов и их сплавов, к числу которых также относятся латунь и бронза.

Для расплава небольшого количества бронзы нужен огнеупорный кирпич и газовая горелка

Важнейшим этапом литья из бронзы является заполнение расплавленным металлом литейной формы. Несмотря на что, что такая заливка длится всего 1–2 минуты, правильность ее выполнения напрямую влияет на качественные характеристики готового изделия. Итогом неправильно выполненной заливки могут стать такие дефекты, как:

• спаи;
• пригары;
• шлаковые раковины;
• недоливы.

На этих бронзовых отливках раковины образовались вследствие плохой очистки тиглей перед заливкой

При литье латунных и бронзовых изделий небольшого размера разливка расплавленного металла осуществляется не из самого тигля, в котором он нагревался, а при помощи специального приспособления, используемого в качестве ручного ковша или ложки.

Металлу, который уже залит в литейную форму, необходимо дать остыть до требуемой температуры, которая, в зависимости от марки используемого сплава, может варьироваться.

Порядок извлечения готового изделия из формы зависит от того, какого она типа – одноразовая или многоразовая. В первом случае ее просто разбивают молотком, а отливку извлекают при помощи клещей.

Многоразовые формы, соответственно, разбивать не надо: их просто размыкают по соединяемой поверхности и аккуратно извлекают из них отливку.

Только что извлеченную отливку необходимо доработать. Заключается такая доработка в том, что с поверхности изделия удаляются литники, выпоры, прибыли и заливы, образовавшиеся в процессе выполнения литья. Такая операция, которую можно выполнять при помощи различного механического инструмента, называется обрубкой.

Придание отлитому изделию привлекательного внешнего вида

Изделие, которое только что извлекли из литейной формы, выглядит достаточно непрезентабельно. На его поверхности может остаться пригоревшая формовочная смесь и обнаруживаются другие поверхностные дефекты.

Первым этапом приведения отлитого из бронзы предмета в нормальное состояние является его очистка.

Для выполнения такой процедуры используются металлические щетки или шлифовальные машинки (в качестве рабочего органа на них устанавливается проволочный круг).

Несмотря на то, что латунь и бронза отличаются хорошей текучестью и при выполнении литья хорошо заполняют все углубления в форме, получить на готовом изделии тонкий рисунок практически невозможно.

Чтобы сформировать подобный рисунок, используют такую доводочную операцию, как чеканка. Она выполняется при помощи специального инструмента.

В зависимости от сложности и тонкости рисунка, который необходимо сформировать на поверхности отлитого из бронзы изделия, операция чеканки может занимать различное количество времени.

Ручная чеканка бронзовой статуэтки

Следует иметь в виду, что чеканка – это самый творческий этап процедуры литья, от качества и тщательности ее выполнения напрямую зависит то, как в конечном итоге будет выглядеть изделие. Именно поэтому подходить к выполнению такой операции следует очень ответственно и с максимальной аккуратностью.

В зависимости от задумки мастера, выполняющего литье из бронзы или латуни, а также от требований к декоративности, поверхность отливки может покрываться искусственной патиной, позолотой, серебром, слоем никеля или хрома.

Предметы, которые имеют сложную конструкцию, часто отливают не целиком, а отдельными частями, которые затем необходимо правильно соединить. Выполняется такое соединение при помощи специальных замков, изначально предусмотренных в конструкции.

Для того чтобы не перепутать такие замки и правильно сопоставить их элементы друг с другом, их часто маркируют.

Литье по центробежной технологии

Для производства в заводских условиях изделий из бронзы, к износостойкости которых предъявляются повышенные требования, часто используется такая технология, как центробежное литье. С ее помощью выполняют литье изделий из бронзы, используемых в машиностроении и других отраслях промышленности. Сюда, в частности, относятся:

• шестерни;
• элементы червячных соединений;
• втулки различного назначения;
• обечайки;
• втулки;
• кольца;
• вкладыши и др.

Технология центробежного литья предполагает, что расплавленная бронза заполняет форму не под действием собственного веса, а под влиянием центробежных сил. Литейные формы помещаются в специальное оборудование. В зависимости от того, в какой плоскости происходит вращение литейных форм, установленных в такое оборудование, оно может быть вертикального или горизонтального типа.

Схема центробежного литья

Оборудование любого типа, используемое для выполнения литья из бронзы по центробежной технологии, имеет следующие конструктивные элементы:

• тигель, в котором происходит плавка металла;
• желоб, по которому расплавленный металл подается в литейные формы;
• изложница;
• электродвигатель, который используется в качестве главного привода и обеспечивает вращение форм;
• элементы привода: шкивы, валы, клиноременная передача.

Благодаря особенностям данной технологии, с ее помощью можно выполнять качественное литье изделий из бронзы, отличающихся даже очень сложной конфигурацией. За счет задействования центробежных сил, которые прижимают расплавленный металл к стенкам литейной формы, поверхность отливки отличается повышенной плотностью и, соответственно, высокой износостойкостью.

Естественно, что выполнять литье по такой технологии можно только в производственных условиях и при изготовлении деталей большими сериями, так как в единичном производстве такой метод экономически нецелесообразен.

Использование формовочной смеси для бронзы в производстве

Как при производстве отливок из стали или алюминия к формовочным смесям для литья бронзы установлены требования к устойчивости к высоким температурам и прочности. Особенно важно их учитывать при изготовлении крупных отливок.

Поэтому для повышения устойчивости к термохимическим воздействиям формы просушивают, что также увеличивает и их механическую прочность.

Однако данная операция существенно увеличивает продолжительность технологического цикла, из-за чего все чаще применяются быстроотвердевающие смеси.

Типовые составы формовочной смеси для литья бронзы

При изготовлении отливок из бронзы широкое применение получили материалы на основе жидкого стекла. Формы из таких смесей применяются как для мелких, так и для крупных изделий и способны выдерживать значительные температуры.

Широко применяются смеси на основе технического лингосульфаната.

Несмотря на их большое распространение, все чаще используются хромомагнезитовые массы на основе жидкого стекла за счет немного меньшей податливости.

В их состав входят предварительно переработанный хромомагнезитовый кирпич. Однако к недостаткам стоит отнести низкий показатель газопроницаемости, что сказывается на толщине облицовочного слоя.

Нередко в состав формовочной смеси для литья бронзы может входить хромистый железняк. Такие составы содержат до сорока процентов мелкой фракции, а для увеличения прочности допускается добавление не более трех процентов лингосульфаната.

Песчано-глинистые смеси с основой из жидкого стекла также широко применяются в бронзовом литье. Такая формовочная смесь для бронзы позволяет значительно снизить длительность техпроцесса, повышает производительность и уменьшает количество брака. При этом использование регенерированных материалов затруднительно.

В исключительных случаях применяются цирконовые смеси. Как и в случае с алюминиевым литьем, они позволяют получать отливки высокого качества, однако из-за дороговизны материалов не нашли широкого применения.

Тем не менее, при изготовлении изделий из цветных металлов необходимо добиваться высоких показателей чистоты поверхности. Для этих целей применяется состав на основе мелкодисперсного песка. В него может входить и небольшой процент регенерированных материалов. Кроме этого применяются специальные противопригарные покрытия или материалы на основе мазута и подобные.

Влияние формовочного состава на качество изделий

Для того, чтобы обеспечить высокое качество отливок необходимо постоянно контролировать состав формовочной массы. Это осуществляется путем проведения лабораторных исследований и внесения необходимых корректив. Стабилизация состава уменьшает количество брака и поддерживает качество продукции на необходимом уровне.