Экономия для кузнеца: делаем муфельную печь для закалки металла своими руками

Экономия для кузнеца: делаем муфельную печь для закалки металла своими руками

Муфель обладает свойством сохранять металл от прямого контакта с топливом или газами. Печи со стационарной нагревательной камерой и сменными муфелями работают по схожему принципу.

Методы для закалки металла

Существует несколько способов обработки металлов с помощью данного устройства:

• Термообработка: отжиг, закалка, отпуск, состаривание.
• Работа с ценными материалами, переплавка металлов, когда использование открытого огня недопустимо.
• Для получения ровного тона поверхности, особенно при обработке керамики(высокохудожественной) используется муфельная печь.
• Сушка диэлектриков.
• Кремация, сжигание до минеральных компонентов.

Как работает муфельная печь?

Для того, чтобы понять, как работает устройство для закалки металла, происходит процесс взаимодействия различных элементов, рассмотрим внимательно ее строение:

• Корпус печи. Если осталась старая газовая плита, с встроенным духовым шкафом, то она прекрасно подойдет для основы устройства. Лучший размер для такого духового шкафа: 70см-50см-60см. Такие габариты удобны для работы с термообработкой.

Внимание! Если вы решились использовать как основную конструкцию бывшую газовую плиту, то произведите демонтаж пластиковых составляющих. Иначе произойдет расплавление всех материалов.

• Внутренний слой. Непосредственный контакт с поверхностью топки. Коэффициент полезных действий зависит от этой части конструкции, поэтому использовать следует огнеупорный шамотный кирпич.

Фото 1. Огнеупорный шамотный кирпич — обязательный элемент для внутреннего слоя при изготовлении печи своими руками.

• Внешний слой. Его цель – сокращение потерь передачи тепла. Широко используются перелит и базальтовая вата для достижения эффекта.

Совет! Не используйте асбест как внешний слой. Нагреваясь, этот материал выделяет канцерогены.

• Нагрев рабочего пространства. Спирали, созданные из нихромовой или фехралевой проволоки, отвечают за процесс нагревания всей газовой плиты. Лучше использовать фехралевые, так как они более пластичны, но нихромовые – дешевле.

Устройство для плавки алюминия и меди

Легкоплавкие металлы отличаются хрупкостью. Важно соблюдать схемы работы с данным типом металлов.

Так, например, для плавления меди или алюминия, муфельная печь должна разогреться до 1083, а для плавления бронзы – 930 по Цельсию.

Эти материалы среди остальных легкоплавких имеют самые высокие показатели температуры плавления.

Значит, напрашивается вывод: для работы с легкоплавкими металлами необходима печь, разогревающаяся максимум до 1100 градусов.

Нюанс! Для крупного литья при работе с легкоплавкими металлами устанавливается горн. А плавить металл можно в емкости с «носиком» (тигель). Так легче всего предать ему в последующем форму.

Этапы работы с легкоплавкими материалами

1. Прокалка печи для заливки на температуре 600 градусов.
2. Погружение формы.
3. Нагревание температуры до 900 градусов.
4. Засекаем время пребывания формы в печи – 120 минут.
5. Вынимаем форму и остужаем до 500 градусов.
6. Легкоплавкий материал помещается в форму.

Плавка золота

Тугоплавкие металлы, например, золото, в работе отличаются высокой температурой плавления. Так, для успешного решения задачи, необходимо будет разогреть печь до 1300 градусов, при условии того, что мы работаем со сталью (по другим материалами надо смотреть коэффициент тугоплавкости).

Необходимо учитывать фактор материалов растопки. Так, протопить печь можно всеми бытовыми ненужными материалами, исключая токсичные, то есть выделяющие ядовитые вещества в процессе горения.

Этапы работы с тугоплавкими материалами

Индукционная муфельная печь своими руками

Муфельные печи – это конструкция, необходимая для творчества ювелиров, кузнецов, других мастеров, работающих с керамикой, с закалкой стали. Обычно индукционная муфельная печь для плавки дорогостоящая, но есть возможность сделать ее своими руками.

Необходимые материалы и инструменты

Изготовление конструкции

• Монтаж основной части. На внутренних сторонах шамотных кирпичей выпиливаем поперечные отверстия. Они служат для установки нагревательной спирали. Такие пазы увеличивают объем печи, то есть внутреннего пространства, с которым работать эффективнее. Кирпичи складываем и закрепляем в форме призмы. Ликвидируем щели.​
• Изготовление стенок. Используемые материалы: кантал, фехраль, нихром. Устанавливать материалы можно совершенно любым способом, но лучше сложить их кругом. Так, не будет перепада температур, так негативно влияющих на процесс термической обработки.

Фото 2. Основная часть муфельной печи собирается из шамотных кирпичей, в которых выпиливаются отверстия.

• Установление теплоизоляции. Эффективность зависит от степени удерживания температуры внутри конструкции. Сама теплоизоляция — это смесь, состоящая из 0,8 частей цемента и 0,2 частей перлита. Смесь между призмой и стенками должна настояться около 48 часов.
• Изготовление дна. Создаем изогнутую заготовку для нижней части изделия, прикрепляем четыре маленьких кусочка стальной трубы – это ножки, на которые будет опираться печь. Внутрь изделия наливаем цементную смесь, после застывания прикладываем проволоку в виде сетки, для создания ровного и одномерного слоя. В конце наносим тальк.
• Изготовление крышки. Одного размера с дном создаем заготовку, прикрепляем к нему ручки. Крышку заполняем раствором с цементом и перелитом.
• Изготовление спирали. Нихромовую проволоку с сечением 0,1 см и прут из железа радиусом 3 мм. После снятия с прута проволоки получаем спираль. Витки не должны соприкасаться. Готовая спираль помещается в прорези, сделанные на первых этапах производства.

Фото 3. Спираль из нихромовой проволоки помещается в специальные прорези в огнеупорных кирпичах таким образом, чтобы витки не соприкасались.

• Сборка и сушка печи. Собираем все элементы печи, устанавливаем их и просушиваем. Сушить изделие положено в хорошо продуваемом и вентилируемом месте. Применение нагревательных приборов в процессе сушки строго-настрого запрещено.

Внимание! В процессе создания необходимо с аптекарской точностью соблюдать все пропорции, указанные выше. Точно, скрупулезно, внимательно работать с каждым материалом, проверять его на наличие дефектов. Главная сложность — принципиальное выполнение инструкций.

Полезное видео

Видеосюжет, в котором представлен один из вариантов создания муфельной конструкции для закалки металла.

Муфельная печь – универсальный помощник

Муфельная печь – это устройство, которое упростит жизнь тем, кто работает с металлами. Это практически незаменимый инструмент. Сегодня современные муфельные устройства – это дорогая техника, со своими нюансами, сложностями и особенностями.

Легче сделать это своими руками, тем самым уберечь себя от заводского брака, понять технологию производства, получить новый опыт, необходимый для развития.

Обратите внимание на товары по теме

Поделись с друзьями!

Мне не верится, что такое приспособление можно сделать из нихромовой проволоки. Идея кузнечного горна давно уже крепко засела в моей голове, но он очень шумит и большой расход газа, если делать его на газу, а вот муфельная печь! Мне сама идея очень понравилась на электричестве! Это альтернатива, да еще какая. Расчет проволоки произведу по онлайн калькулятору, это важно потому что нихром не самый дешевый материал и лишнее электричество жечь не выгодно! Получилось при сечении 0.3 провода необходимо 6 метров, изготовлю спираль и как написано в статье уложу в заранее выбранные полости в огнеупорных кирпичах.

Совсем недавно мастерил у себя в гараже бюджетную муфельную печь. Собирал практически из хлама.
Корпус из железной емкости для воды. Сделал разметку и разрезал корпус на 2 части. Одна пошла на основание, а другая на дверку и заднюю стенку. Затем приварил 15-е уголки, чтобы основательно приварить заднюю стенку с корпусом. Прежде были просверлены 2 отверстия в уголке. Всего 8 уголков, по 4 на каждую сторону.
Теплоизоляция шамотный кирпич, который выдерживает температуру 800 градусов. Для щелей использовал асбест. Поверхность выравнивал с помощью обычного полотна. Затем обложил кирпичом весь корпус и приступил к подгонке, дабы избежать щелей и зазоров. Щели изнутри заделывал шамотной глиной.
После установил спирали (8 шт) Разметил канавки и довольно быстро вырезал основания (8 канавок, по 2 с каждой стороны) Изоляция от соприкосновения с корпусом. После проведенных манипуляций стянул конструкцию гайками, приварил дверцу для открытия и застежку. Соединил с блоком управления напряжением и ВСЕ готово!

Муфельные печи широко применяются не только для плавки металла, но и для изготовления изделий различного назначения. При этом очень необходимо учитывать , что в процессе работы печи , само помещение тоже прогревается, наполняется продуктами сгорания и принудительная ВЕНТИЛЯЦИЯ таких помещений необходима, знаю из личного опыта, занимался изготовлением ювелирных и керамических изделий.

Муфельная печь своими руками — особенности, расчеты, полезные советы

Муфельная печь позволяет поднимать температуру предметов до высоких значений, невозможных в обычных нагревателях. Это неотъемлемый элемент ювелирных или гончарных мастерских, других мелких предприятий. Домашние мастера нередко оказываются перед необходимостью расплавить металл или обеспечить термическое соединение стекла и керамики, обжечь глазурь, закалить металл и т.п.

Все эти процедуры требуют участия муфельной печи, но ее нет в наличии. Иногда это становится единственной проблемой, останавливающей важный творческий или ремонтный процесс. Однако, выход из положения есть — надо изготовить муфельную печь своими руками. Рассмотрим особенности и специфику этого процесса.

Что это такое?

Назначение муфельной печи — создание высоких температур для термической обработки материалов:

• металл (плавка или закалка);

Источником тепловой энергии у муфельных печей является электричество или газ. Первый вариант удобнее с практической точки зрения, но гораздо затратнее в финансовом отношении — во время работы электрические муфельные печи расходуют большое количество электроэнергии.

Газовые модели обходятся дешевле, но требуют подведения топливных коммуникаций, соблюдения правил эксплуатации газовых приборов и прочих административно-технических норм. Поэтому, большее распространение получили промышленные и лабораторные муфельные печи, работающие на электрической энергии.

Конструкция

Муфельная печь состоит из нескольких элементов, соединенных в единую конструкцию:

• внешнюю часть печи представляет корпус (кожух). Это прочный, обычно металлический короб, образующий емкость для размещения внутренних элементов печи, а также несущий дверцу с запорным устройством;
• слой теплоизоляции. Это важный элемент, по степени значимости сопоставимый с источником тепловой энергии. От качества и рабочих показателей теплоизоляции зависит КПД печи, способность сохранять тепло и общая работоспособность всей конструкции. Теплоизолятор, как правило, состоит из двух слоев — основного (топка из шамотного кирпича) и дополнительного (слой базальтовой ваты или перлита);

В муфельных печах советского производства часто использовался дополнительный слой изоляции из асбестового полотна. Сегодня такая изоляция не используется, так как при нагревании асбест активно выделяет канцерогены, крайне опасные для людей.

Существуют разные конструкции муфельных печей:

• горизонтальные;
• вертикальные;
• колпаковые;
• трубчатые.

Эти разновидности отличаются друг от друга только конфигурацией топки и способом загрузки, общий принцип работы у всех моделей одинаков.

Порядок расчета электронагревательного элемента

Спираль самодельной муфельной печи изготавливают, как правило, самостоятельно. Для того, чтобы получить эффективное и работоспособное устройство, необходимо выполнить предварительный расчет.

Он преследует две цели:

1. Создание мощной и эффективной печи, способной решать поставленные задачи.
2. Возможность работы на имеющихся электросетях, отсутствие перегрузок и вызванных этим проблем.

Для выполнения расчета необходимо выяснить, каков ток отсечки у электрощитка. Часто для печи проводят отдельную линию, минуя УЗО для домашних бытовых приборов. В любом случае, надо выяснить, какую мощность может выдержать линия, чтобы не оставить без электричества всех соседей.

Мощность печи выбирают исходя из объема нагревательной камеры:

Объем камеры (или муфеля), л	Мощность спирали (Вт/л)
1-5	300-500
6-10	120-300
11-50	80-120
51-100	60-80
101-500	50-60

По данным этой таблицы можно определить, какую мощность спирали следует использовать для имеющегося размера. Величину камеры надо определить для себя самостоятельно, исходя из характера предполагаемых работ. Необходимо сразу подсчитать мощность, умножая объем камеры на показатели таблицы. Если мощность оказывается чрезмерно высокой и невозможной для действующих сетей, размеры уменьшают.

После этого надо вычислить силу тока. Используется формула:

I = P / U

• Где I — сила тока;
• P — мощность (расчетная);
• U — напряжение сети (220 В).

По результатам можно вычислить сопротивление нихромовой спирали:

R = U : I

• Где R — искомое сопротивление;
• U — напряжение (220 В);
• I — сила тока (расчетное значение).

Этот расчет можно выполнять для однофазной сети. Если нужно выполнить трехфазное подключение, и самостоятельный расчет кажется слишком сложным, рекомендуется воспользоваться онлайн-калькулятором, который несложно найти в сети по соответствующему поисковому запросу.

Результаты расчета с помощью калькулятора вполне корректны, но, для большей уверенности, можно проверить полученные данные, продублировав расчет на другом калькуляторе.

Вместо нихрома может быть использована фехралевая проволока, которая несколько отличается по своим показателям. Во время использования калькулятора необходимо обратить внимание, для какого типа проволоки производится расчет.

Пошаговая инструкция по сборке

Рассмотрим порядок сборки муфельной печи. Для удобства разделим процесс на этапы:

Инструменты и материалы

Для изготовления печи необходимо приготовить
следующие инструменты:

с отрезным и шлифовальным кругом; с набором электродов; с набором сверл;
• набор слесарного инструмента (молоток,
  пассатижи, зубило, шило и т.п.).

Из материалов понадобятся:

• листовой металл 2 мм для корпуса;
• уголок стальной;
• арматура 8 мм;
• 1-2 мм нихромовая проволока;
• шамотный кирпич;
• базальтовая минвата рулонная 3-5 см;
• огнеупорный раствор (состав для печей);
• силиконовый герметик.

Перечислены только самые необходимые инструменты и материалы. В процессе сборки печи могут пригодиться и другие инструменты или материалы.

Изготовление огнеупорной камеры

Поскольку печь самодельная, правильнее начинать сборку с изготовления камеры из огнеупорного (шамотного) кирпича. Так проще, можно обойтись без лишней подгонки и подрезки.

Порядок действий:

1. Наматывается спираль из нихромовой проволоки. Для намотки используют гладкий круглый сердечник диаметром не более 6 мм. Витки должны находиться на равном расстоянии друг от друга и не соприкасаться.
2. Производится сборка камеры из шамотного кирпича. Сначала ее собирают насухо, укладывая части и отмечая на них линии для канавок под спирали. Затем детали камеры нумеруют, чтобы не перепутать, разбирают и проходят канавки глубиной не более 7мм.

После этого можно переходить ко второму этапу сборки.

Изготовление корпуса и дверцы

Корпус печи сваривают из листовой стали. Многие источники рекомендуют использовать старые корпуса от духовок или другие металлические коробки. Это вполне допустимый вариант, но его недостаток заключается в размерах — мастер оказывается привязан к величине имеющегося корпуса, что вынудит его изменять все расчетные параметры. Сборка корпуса по готовой нагревательной камере удобнее и не требует изменения характеристик печи.

Порядок действий:

1. Измеряют боковые стороны, верхнюю часть и заднюю сторону печи. Вырезают листы металла с помощью болгарки и отрезного круга.
2. Прихватывают боковые листы к уголкам подставки, затем так же крепят заднюю часть. Все детали поправляют, добиваясь прямоугольного стыкования по всем осям. Закрепляют листы прочнее и обвязывают поверх уголком.
3. Спереди устанавливают лист с отверстием под дверцу. Его высверливают электродрелью (или сверлильным станком, если есть) по периметру, затем аккуратно подрезают болгаркой и вынимают внутреннюю часть. Зачищают периметр отверстия, удаляя следы подготовки. Затем крепят и обвязывают свободные кромки уголком.

После этого можно приступать к запуску печи. Предварительно печь выдерживают не менее 5 суток, чтобы окончательно высох раствор. Дверцу держать открытой, обеспечить обильный приток воздуха. Интенсивную сушку с нагревом производить не рекомендуется, так как глина растрескается и начнет осыпаться.

Как регулировать температуру

Регулировку температуры можно осуществлять двумя способами:

• подключать спирали по очереди, с увеличением их мощности;
• установит внешнее устройство, регулирующее подачу напряжения на спирали.

Оба варианта имеют свои плюсы и минусы. Первый вариант проще, но нужен пакетный переключатель или отдельные автоматы на каждую спираль. Кроме этого, изменения нагрева производятся скачками.

Второй вариант сложнее — необходим регулятор, способный выдерживать рабочую нагрузку печи. Выбор подходящего варианта — прерогатива пользователя. Как правило, используют регуляторы — они компактнее и позволяют плавно изменять степень нагрева.

Частые вопросы

Многие вопросы, возникающие по ходу сборки печи, одинаковы у большинства пользователей. Это позволяет не ждать их, а сразу внести ясность:

В данном случае запас мощности действует наоборот — если дать запас длины, сопротивление увеличится и степень нагрева уменьшится. Рекомендуется действовать в точном соответствии с расчетными показателями.

Обычный кирпич не выдерживает высокую температуру и начинает крошиться. Кроме этого, у него высокая теплопроводность, из-за которой корпус печи будет сильно греться.

Обязателен ли металлический корпус, или можно стянуть шамотные кирпичи металлическими хомутами и оштукатурить их составом для печей?

Корпус необходим для того, чтобы печь можно было переносить с места на место. Если в этом нет необходимости и печь стационарная, можно обойтись и без корпуса.

Нет, использовать ТЭНы для подобных установок не следует. Необходимую температуру получить не удастся, нагревательные элементы займут слишком много места и быстро перегорят.

Печь можно подключить минуя домашнюю проводку — провести отдельный кабель до общего щитка. Однако, если сама линия в плохом состоянии, лучше не рисковать. Можно оставить без электроэнергии всех соседей.

Видео-советы по сборке

Печь для закалки металла, стали, алюминия: ТВЧ, муфельная, термическая, вакуумная, индукционная, вертикальная

Различные металлы и сплавы подвергают закалке, чтобы придать им повышенную твердость и другие улучшенные эксплуатационные свойства. Закаливание металлов – процесс, уже довольно давно применяемый на металлургических предприятиях. Однако только с появлением современного оборудования – специальных печей для закалки – удалось достичь действительно хороших результатов по производительности.

Печь для закалки металла

Печь ТВЧ для закалки

Печь ТВЧ представляет собой устройство, в основе работы которого лежит видоизменение электроэнергии в мощное электромагнитное поле. Воздействие токами высокой частоты постепенно вытесняет альтернативные способы нагрева металлов.

Печь ТВЧ для закалки

Среди основных преимуществ установок ТВЧ стоит выделить следующие:

• Высокое качество получаемого материала, обеспечиваемое образованием тепла непосредственно в металле и его равномерным распределением по всей поверхности;
• Компактность, что делает возможной размещение устройств на производствах с небольшой площадью;
• Высокая скорость обработки и соответственно увеличение производительности;
• Экологическая чистота и безопасность для работников и окружающей среды.

Многие модели оснащены автоматизированным программным обеспечением, повышающим точность закалки.

Муфельная печь для закалки металла

Муфельными называются печи, в которых обрабатываемый металл изолирован от нагревателей. Высокотемпературные электронагреватели сделали электрическую муфельную установку наиболее востребованным видом подобного оборудования.

Муфельная печь для закалки металла

Традиционно печь состоит из:

• Металлического корпуса и муфеля, выполненного из термостойкого материала и формирующего рабочую камеру;
• Нагревателей спирального типа, накрученных на керамические трубки и размещенных в пазах муфеля;
• Теплоизоляции, которая заполняет промежуток между рабочей камерой и корпусом;
• Керамической дверцы;
• Отверстия на задней поверхности для использования термопары, обеспечивающей контроль над температурой;
• Терморегулятора, работающего в автоматическом режиме.

В муфельных устройствах, как правило, реализован трехсторонний обогрев, обеспечиваемый нагревателями на боковых поверхностях и поде. Благодаря такому размещению нагревателей температура более равномерно распределяется в рабочем пространстве.

Высококачественная изоляция в несколько слоев минимизирует теплопотери и способствует экономии электроэнергетических ресурсов. Плиты из огнеупорной керамики или из жаропрочной нержавеющей стали предоставляет защиту пода устройства.

Во многих современных моделях дверь открывается вверх, благодаря чему оператор надежно защищен от теплового излучения. Датчики отключают ток в тот момент, когда открывается дверь.

Закалка в вакуумной печи

На многих предприятиях машиностроения до этого времени применяется традиционная технология улучшения эксплуатационных характеристик изделий из стали. Речь идет о нагреве материалов в окислительной или защитной атмосфере выше критической отметки (температуры, при которой изменяется тип кристаллической решетки, то есть происходит полиморфное превращение, или температуры растворения фаз в матрице, существующих при низкой температуре), их охлаждение в воде, масле или полимере и последующий отпуск в устройствах с окислительной атмосферой. В результате на поверхности изделий получаются коробления и черная пленка, вызванная появлением оксидов на металле.

Закалка в вакуумной печи

Современные технологии позволяют существенно уменьшить геометрические изменения поверхностей посредством более плавного вакуумного нагрева деталей и охлаждения в газовом потоке. Минимизация кислорода в рабочем пространстве вакуумной печи обеспечивает нагрев, не сопровождающийся образованием окислов на поверхности изделий.

В вакуумированной среде теплообмен обеспечивается излучением, то есть осуществляется радиационный нагрев. Его эффективность высока только при температурах выше 600 °C. Ускорить нагревание можно с помощью специального газа, заполняющего рабочее пространство. Газовая атмосфера в низкотемпературном диапазоне нагрева позволяет более равномерно прогреть изделия, что, в свою очередь, обеспечивает снижение уровня термических напряжений, ответственных за коробление.

Помимо всего прочего, газ-заполнитель может исполнять функции среды для закалки и среды для отпуска, то есть все эти процессы могут производиться в вакуумной печи.

Индукционная печь для закалки

Индукционное устройство функционирует на базе воздействия тока высокой частоты, который подается в генератор. После прохождения током индуктора конденсатор создает колебательный контур. Индуктор участвует в регулировке работы переменного магнитного поля, формируя его частоту, повышая или понижая ее. Магнитное поле воздействует на материал, размещенный в рабочем пространстве печи, нагревая его до требуемой температуры.

Индукционная печь для закалки

Чаще всего индукционные установки используются на литейных и металлообрабатывающих цехах. Также они получили широкое применение в научно-исследовательских лабораториях, в которых тестируют металлы, и в ювелирных мастерских.

Основные преимущества данного оборудования:

• Возможность проведения множества операций с металлами (программируя время и мощность нагревания, в таких установках можно совершать плавку металла, его закалку и пр.);
• Возможность установки в цехах с небольшой площадью благодаря компактным размерам;
• Отсутствие запахов горения и дыма во время рабочего процесса;
• Несущественное нагревание корпуса установки и, следовательно, безопасные условия работы для рабочих.

Закалка – обязательная часть термической обработки металлических изделий. Она повышает их прочность, устойчивость к внешнему воздействию и увеличивает срок эксплуатации. Современные печи для закалки значительно ускоряют и улучшают в качественном плане процесс обработки металла.

Источник https://ogon.guru/stroitelstvo-svoimi-rukami/pech/vidi-pechey/mufelnaya/dlya-plavki-metalla.html

Источник https://tehno-gid.net/dacha/mufelnaya-pech-svoimi-rukami-osobennosti-raschety-poleznye-sovety.html

Источник https://mosnasos.com/articles/pech-dlya-zakalki-metalla-stali-alyuminiya-tvch-mufelnaya-termicheskaya-vakuumnaya-induktsionnaya/