Проектно-исследовательская работа "Технология литья из металла"

IX Бахтинская открытая

научно-практическая конференция

Секция: Юные исследователи

 Технология литья

из металла

Выполнил работу:

ученик 4Б класса

МОУ «Гимназия №20»

Бедняков Леонид

Руководитель:

учитель начальных классов

Щемерова Людмила Алексеевна

Саранск 2017

СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                              стр.

Введение………………………………………… …………… .....        3

Глава I. Краткая история литья из металла ………… ………... .        5

Глава II. Современные технологии литья ...….…………… .....        8

Глава III. Практическая работа. Литье из металла фигуры  героя

мультфильма Звездные Войны ………………………………........        9

        Этап 1. Изготовление модели ………………………… ..…9

        Этап 2. Заливка первой части формы ………………...….. 9

        Этап 3. Заливка второй части формы ……………..….…...9

        Этап 4. Извлечение модели …………………………..….....10

        Этап 5. Литьё в готовую форму …………………………...10

        Этап 6. Извлечение отливки ……………….……………...        10

        Этап 7. Анализ результатов практической работы..        ……..11

Заключение ………………………………….....…….………… ….....        12

Список использованных источников …….……….………… ….....        13

Введение

Давайте посмотрим вокруг себя. Где бы мы ни были – в школе или дома, на улице или в транспорте, мы увидим, какое множество металлических предметов трудятся вокруг нас.

Много веков металлы верно служат человеку, помогают ему покорять стихию, овладевать тайнами природы, создавать замечательные машины и механизмы. А вы знаете, как  изготавливаются предметы из металла? Я думаю, что это актуально, интересно  знать  как появились предметы, которые окружают нас и мы  используем их для обеспечения своих жизненных потребностей.

О том, что можно лить из металла разные предметы, я впервые узнал три года назад. Папа мне предложил сделать из олова значок трансформера. Я тогда очень интересовался трансформерами — фантастическими роботами, которые могут превращаться в машины или летающие аппараты. Увидев мой интерес, папа спросил меня, не хотел ли бы я заполучить настоящий металлический значок робота-трансформера. Я ответил, что очень хочу и попросил значок расы десептиконов.

Мы нашли в Интернет рисунок знака десептиконов, папа распечатал его и вылепил из пластилина модель будущей отливки. В тот первый раз папа все делал сам, подробно рассказывая мне, что и для чего он делает. На последнем этапе мы вместе с ним плавили олово и заливали его в форму. Вскоре тяжеленький значок был уже у меня в руке!

Мне очень понравилась возможность изготовления предметов из олова и теперь мы решили выполнить научно-практическую работу именно на эту тему — литьё из металла.

Цель работы: изучение технологии литья из металла.

Задачи исследования:

1. Познакомиться с историей литья.
2. Познакомиться с разными способами литья.
3. Освоить технические приемы создания разъемной литьевой формы.
4. Попробовать создать свою отливку из олова.
5. Обобщить полученные результаты.

Гипотеза:

Я предполагаю, что:

1. В домашних условиях можно научиться создавать небольшие предметы из металла.

Объект исследования: литьё из металла.

Предмет исследования: технология литья из металла.

Методы исследования:

1. изучение литературы, анализ и обобщение собранной информации; 
2. эксперимент

Практическая значимость: Материал исследовательской работы можно применять как на уроках окружающего мира, так и во внеурочное время, с целью побуждения у ровесников интереса к познавательной деятельности.

Глава 1. Краткая история литья из металла

Металлы в истории развития человечества играли необычайно большую роль. Это наиболее важные материалы из всех, используемых людьми для обеспечения своих жизненных потребностей. Очевидно, что первыми из нашедших практическое применение были самородки золота, серебра и меди. В какой-то момент люди заметили, что при сильном нагревании самородки плавятся и текут, как жидкость. После остывания эта «жидкость» снова становится твердой, сохраняя форму и неровности поверхности, на которой она застывает. С некоторым разбросом по времени это открытие сделали многие развитые народности. Археологи датируют начало применения технологии  литья из металла примерно 5-7 тысячами лет до Нашей Эры. На территории, где жили восточные славяне, развитое литейное ремесло появилось в первых веках Нашей Эры. 

Литьё из металла  — это заполнение чего-либо (формы, ёмкости, полости) заданных форм и размеров металлом, находящимся в жидком состоянии, с последующим затвердением.

Основными способами получения отливок из бронзы и сплавов серебра и золота были литье в каменные формы и литье по воску. Каменные формы делали из мягких пород известняка, в которых вырезали рабочую полость.

Обычно каменные формы заливали в открытую, так что одна сторона изделия, образуемая открытой поверхностью расплава, оказывалась плоской. Такая методика литья очень хорошо подходила для отливки оружия, орудий труда и украшений.

При литье по воску сначала изготовляли восковые модели как точные копии будущих изделий. Эти модели погружали в жидкий глиняный раствор, который затем высушивали, после высушивания обжигали. Воск выгорал, в образовавшуюся полость заливали расплав.

Литьё по воску использовалось в основном для изготовления статуэток, бюстов и прочих элементов декора, а также сложного оружия (например, булава с шипами) и шлемов. Основной недостаток этого метода — одноразовость формы. Изготовить две одинаковые отливки достаточно трудоемко — для этого необходимо иметь две совершенно одинаковые восковые модели и изготовить две глиняные формы.

Выходом из этой ситуации явилось литьё в разъемные формы, изобретенные позднее. По одной модели в два или более этапов из песчано-глиняной смеси изготавливалась форма с таким расчетом, чтобы на каждом из этапов модель могла легко извлекаться из полученной части формы. Перед засыпанием следующего слоя песчано-глиняной смеси предыдущий  обрабатывают разделяющим веществом (например, вазелиновым маслом или тальком), чтобы они не прилипали друг к другу.  

При изготовлении формы важно не забыть об изготовлении отверстий для заливания металла и для выхода вытесняемого при заливке воздуха. После полного высыхания смеси форму размыкают и достают модель.

Дополнительно просушив части формы в печи (для устранения любых остатков влаги, способных закипеть от расплавленного металла), её остужают и собирают. Всё, в форму можно заливать металл. После остывания форму разбирают и вынимают готовую отливку. Затем форму снова собирают и повторяют процесс до тех пор, пока форма не разрушится от перепадов температуры.

При использовании качественной формовочной смеси в одной форме можно изготовить несколько десятков, а то и сотен одинаковых изделий. В практической части этой работы мы будем использовать как раз метод литья в разъемную форму, изготовленную из гипса.  

Большой шаг вперед в развитии бронзового литья был сделан, когда началось литье колоколов и пушек (15-16 век). Широко известно мастерство и искусство русских умельцев, изготовивших уникальные бронзовые отливки — «Царь-пушку» массой 40 т., и «Царь-колокол» массой 200 т.

Бронза и позже латунь на протяжении многих веков были главным материалом для изготовления художественных отливок, памятников и скульптур.

До наших дней сохранилась бронзовая скульптура римского императора Марка Аврелия, изготовленная во 2-м веке н.э.. Всемирную известность получили отлитые из бронзы памятники Петру 1 в Петербурге  и памятник «Тысячелетие России» в Новгороде.

В наше время был изготовлен литой бронзовый памятник Юрию Долгорукому — основателю Москвы (1954 г.).

Как мы видим, технология литья по металлу прошла долгий путь от капельного литья расплавленных самородков в каменные и земельные формы возле костра до изготовления сложнейших скульптур из металла. Особенно быстрого развития эта технология достигла за последние сто лет.

Глава II. Современные технологии литья

В XVIII в. на первое место по массовости и универсальности выходит новый литейный материал — чугун и чугунное литье послужившие основой развития машинной индустрии в первой половине XIX в. К началу XX в. литейное производство цветных металлов и сплавов заключалось в получении отливок из оловянных бронз и латуней и слитков из меди, бронзы и латуней. Отливки изготовляли только литьем в песчаные формы (тогда говорили и писали «земляные формы», «литье в землю»).

Начиная с 1920—1930 гг. для плавки цветных металлов и сплавов широко применяют электрические печи — сопротивления, индукционные канальные и тигельные. Плавка тугоплавких металлов практически оказалась возможной только при использовании дугового разряда в вакууме и электронно-лучевого нагрева. В настоящее время идет освоение плазменной плавки, на очереди — плавка лазерным лучом.

В 1940—1950 гг. произошел массовый переход от литья в песчаные формы к литью в металлические формы — кокили, и к литью под давлением.

В эти же годы в связи с производством литых турбинных лопаток из жаропрочных никелевых сплавов возродился на новой основе древний способ литья по воску, названный точным литьем и называемый теперь литьем по выплавляемым моделям. Этот способ обеспечил получение отливок с очень небольшими припусками на механическую обработку вследствие очень точных размеров и высокой чистоты поверхности, что было необходимо в связи с крайне трудной обрабатываемостью всех жаропрочных сплавов на никелевой и кобальтовой основах.

В настоящее время технологии литья из металла используются не только для получения металлических отливок. Тем же способом изготавливают детали из пластика, силикона и даже расплавленного базальта. Вот ведь какая древняя, но современная технология!

Глава II. Практическая работа. Литье из металла фигуры  героя мультфильма Звездные Войны

Когда мы определились с темой работы, папа вызвался помочь мне с практической частью. Это потому что плавка металла не самое безопасное дело. Но он сказал, что в этот раз большую часть работы буду выполнять я.

Мы подготовили все необходимые для литья материалы. К работе приступить готовы.

Этап 1. Изготовление модели

Первым делом нужно было изготовить модель будущей отливки. Я решил, что это будет герой мультфильма Звездные Войны: Повстанцы, Гаразеб Орелиоз

или просто Зеб. Я слепил из пластилина его фигурку.

Этап 2. Заливка первой части формы

Мы склеили из картона коробочку по размерам фигурки-модели. Нижняя часть у нас  получится тоньше, чем верхняя. Это из-за того, что на верхнюю часть приходятся далеко выступающие ступни Зеба. Я замесил раствор гипса из одной трети порошка гипса и воды. Готовая смесь по густоте должна быть похожей на сметану. Я вылил гипс в коробочку и аккуратно поместил модель в раствор. Её пришлось придерживать до загустевания гипса, она все время пыталась утонуть в нём.

Этап 3. Заливка второй части формы

На следующий день, когда первая часть формы хорошо застыла, я залил вторую часть. Перед этим необходимо хорошо промазать поверхность нижней части формы и модель густым мыльным раствором, чтобы половинки формы не приклеились друг к другу. Потом я снова замесил гипс и вылил его в коробочку. В этот раз раствор получился немного гуще, чем нужно, и выравнивался с трудом. Мы оставили форму сушится на ночь.

Этап 4. Извлечение модели

На следующий день мы с попытались разъединить половинки формы и извлечь модель. На этом этапе у нас возникли сложности, мы проанализируем их подробнее в главе «Заключение».

Мы удалили модель и отчистили форму от остатков пластилина. Потом папа острым ножом вырезал литник — отверстие, по которому в собранную форму будет заливаться олово. Еще он сделал две тонких канавки от ушей Зеба вверх для выхода вытесняемого оловом воздуха. Мы просушили половинки формы в печке для того, чтобы вода полностью ушла из гипса и не кипела потом от расплавленного металла.

Как видно на фотографии, с одной из половинок формы пластилин пришлось отчищать с трудом. В главе «Заключение» мы расскажем, как можно было избежать этой ошибки.

Этап 5. Литьё в готовую форму

Готовую и просушенную форму собрали и приготовили к литью. Этот этап папа делал самостоятельно.

Он расплавил олово в самодельном тигеле из консервной банки и аккуратно залил в отверстие литника. Первой порции олова нам не хватило, пришлось плавить еще.

Все, заливка завершена! Остаётся дождаться, пока всё остынет.

Этап 6. Извлечение отливки

Когда форма остыла, мы стали извлекать отливку. При этом форма растрескалась, но мы не собирались отливать двух Зебов, поэтому не расстроились. Фигурка Зеба готова!

Этап 7. Анализ результатов практической работы

Во время выполнения работы мы совершили несколько ошибок. Мы сделали из них выводы и подробно описать в этой главе. Это поможет в будущем избегать таких проблем и улучшить качество отливок.

1. Пластилиновая модель изначально была вылеплена так, что её оказалось сложно доставать из гипсовой формы. Ступни Зеба и некоторе другие части модели расширялись. Из-за этого они слишком сильно держались в застывшем гипсе. То же касается и готовой отливки.

ВЫВОД: Модель должна быть изготовлена так, чтобы легко выходить из частей формы.

2. При погружении модели в нижнюю часть формы мы забыли обработать её разделяющим мыльным раствором. Возможно, это  помогло бы нам легче достать её из формы.
   
   ВЫВОД: Лучше не забывать о смазывании модели разделяющим раствором перед заливкой гипсом.
   
3. Во время плавки олова положили в тигель недостаточное количество олова и залить фигурку за один раз не удалось.
   
   ВЫВОД: Всегда лучше брать металла для заливки с запасом.

Заключение

В этой работе я начал осваивать одно из самых старых ремёсел на земле — литьё из металла. Я узнал историю возникновения этого искусства, этапы развития и усовершенствования  техники литья. Теперь я другими глазами смотрю на бронзовые памятники, которые встречаю на улице и пытаюсь понять, какие формы и как изготавливали для них.

Кроме того я знаю, как самому можно сделать фигурку любимого героя, значок и многие другие предметы. Эти знания и навыки наверняка пригодится мне в жизни.

Окончательная доводка фигурок и их окраска остались за рамками этой научно-практической работы. Это значит, что мне предстоит научиться еще многим полезным навыкам.

Список использованных источников

1. Л.А.Ерлыкин, «Послушный металл», М., Детская литература, 1985 г.
2. Статья «История литейного производства», сайт Chuguny.ru, 2009 г.
3. Статья «История литья», сайт компании «Мегалит», 2009 г.