Муфельная прокалочная печь для литейных форм⁠⁠

Раз уж публика у меня собралась из людей, жаждущих техники, железяк, огня и шизоидного безумия, то вот вам сказ про ПЕЧЬ для ювелирной литейной мастерской. Реально, странная история для любителей странных железок, но будет познавательна и просто любопытна людям, никак не связанным с этим ремеслом.
Знаете как бывает - еще 10 минут назад вы один человек, а потом происходит нечто и вы уже не можете думать ни о чем другом. У меня конечно была мысль в этом году, скорее к концу, обжиться заводской муфельной печью, но вот я увидел эту печь в объявлении, и на следующий день она уже стоит у меня в прихожей. Точнее как стоит - сперва мы с девушкой вывозили ее из мастерской женщины, которая обжигала в этой печи керамику (но видимо оставляет это дело). Печь внезапно оказалась весом 47кг и корячить ее нужно было со второго этажа мастерской по темной узкой винтовой лестнице. Сорвал спину. Очень добрая женщина нам помогала, какую-то часть пути мы катили печь на санках до ворот дома =)

Я уже писал когда-то здесь (и даже публиковал видеообзор) про свою самодельную прокалочную печь, собранную из старой духовки, и она исправно мне служила всё это время, но перед заводской проверенной советским муфлем я не смог устоять. Даже и денег-то не было, ан нет...

Муфель изначально это лепная керамическая камера, обмотанная нагревательной спиралью вокруг и еще раз обмазанная глиняной смесью, а затем помещенная в кокон теплоизоляции. Такая огромная бандура снаружи, и такая маленькая ниша в центре, чтобы внутри держалась огромная температура (керамическая камера начинает светиться) а снаружи кожух оставался едва теплым, не обжигал, и его можно было безопасно поставить в квартире у стенки.

По цифрам - ПМ-2УМ, возраст 45 лет (!!!), рабочая камера 9х16х24см, мощность 2КВт (по паспорту 2,6 но время немного подсадило спираль), для моих целей идеально, литейные формы как раз такого размера - до 8-8,5см в высоту. Все равно спросите, поэтому - 10т.р., при условии что вообще такие печи сейчас продаются от 30ти.

И начинается самое интересное. Печь это мощь, мышца, но ей нужен мозг, наверное даже душа. Дело в том, что гипсовая литейная форма изначально сырая, в ней много воды, и ее нужно правильно просушить, чтобы вышла не просто влага, а вода, ставшая частью кристаллической решетки вещества, это происходит при температуре 730гр. Гипс потеряет треть своего веса, станет дышащим и когда в форму польется расплавленный металл, то лишний воздух из формы просто выйдет через гипс и металл займет всю полость, плотно облепив стенки.
Да, если еще кто не понял - в печи лишь подготавливается форма для литья, и после она, сухонькая и горячая, заливается металлом, расплавленным в другом месте по своей технологии. Если интересно - вот так выглядит печь именно для плавления металла. маленькая, компактная, дает более тысячи градусов. внутри графитовый стакан - "тигель", для расплава, который льется в форму через край.

Обычно мозгом современной печи выступает программный термоконтроллер как на фото. По графику на панели можно примерно понять что он делает - поэтапно и с нужной скоростью набирает температурные полки (в разных температурных диапазонах гипсу нужно разное время, чтобы произошли химические изменения) а потом даже немного приопускает температуру - тогда уже можно доставать форму и лить. Но стоят эти программаторы недакватно, так что у меня есть в планах собрать собственный регулятор на базе известной нынче базы микроконтроллеров Ардуино. Да и это уже спортивный интерес, всегда мечтал заняться чем-то подобным. Кто видел мой верстак (самый первый мой пост в этом аккаунте) понимает, что этим должно было закончиться.

Сперва нужно вообще изучить и понять как эта печь набирает температуру. Тестирую её уже несколько дней. В сегодняшнем тесте нужно проследить за тепловой инерцией печи. Нагрелась до 100гр - отключил, а печь греется дальше, тепло распространяется от нагревателя дальше в камеру. В какой-то момент нагрев замедляется и останавливается, печь выжидает и начинает остывать. Регулярно записываю время и температуру по термопаре - выносному термодатчику на мультиметре. Снова включаю, снова жду. Бегаю туда-сюда, отвлекаюсь от работы, а процесс этот займет часов 6-7, пока я не увижу как печь держит температуру при отключении на всем диапазоне нужных мне температур до 730гр - это температура, при которой завершается дегидрация гипса и начинается его разрушение. Литейщики ходят по краю, выдерживая именно эту температуру =)

"Кто над чайником стоит - у того он не кипит".

Чтобы не бегать снова и снова я завел онлайн-таймер пиликать мне каждые 5 минут и подключил печь через пульт дистанционного управления - включаю и выключаю печь с пульта вроде автомобильной сигналки. Приемник пульта питается от пауэрбанка через платку повышения напряжения - ему нужно 12в (можно и от любого адаптера, но розетка занята), и через свое реле приемник подает эти же 12в на твердотельное силовое реле (можно было обойти механическое реле, но времени не было, собирал на лету), которое коммутирует сетевые 2КВт на печь. На подключенной розетке еще голубым светится ваттметр для замера потребления печи и расхода энергии. Все эти прибамбасы куплены на Али.

Когда таймер отбивает 5 минут - отвлекаюсь на секунду от работы, поглядываю на светящийся экран мультиметра в коридоре, записываю в блокнот, при необходимости включаю или выключаю печь (реле печи громко хлопает, зажигается лампочка) - на всё 5 секунд не вставая из-за стола, работаю дальше.

"Есть две китайских термопары. Какую калибровать будешь будешь, какую за эталон примешь?"

Встает вопрос точности самого датчика. Я лечу по приборам и за всем этим процессом наблюдаю через узкое окошко дисплея мультиметра, он и часы - мои глаза и уши. Нет-нет, в самой печи окошка нет, там сейчас локальный ад и заглядывать лишний раз не стоит, чтоб не выпускать наружу жар (но для любопытных не могу не упустить шанса показать)). Поди узнай какая в действительности температура, если ее рукой не пощупать, глазом не увидеть. 400-700 градусов не шутки, а для будущих литейных форм погрешность может оказаться критична. Так что я наверное потом докуплю второй датчик, расположу их два в печи и буду вычислять среднее значение.
В печь поставлены пустые обоймы литейных форм - "опоки", для имитации загрузки, железо же должно брать на себя нагрев. Белый шнур - собственно щуп термопары, уходящий в самое горячее место (спальню твоей мамки).

Ну а записанное в тетрадочку перенесу на график, который станет наглядным материалом по поведению печи. По этим данным я буду писать программу своего термоконтроллера, чтобы она решала по какой схеме подавать энергию на нагреватель и на какой температуре обрывать нагрев, зная что печь будет продолжать греться по инерции. На фото макетная сборка микроконтроллера (синяя плата размером с флешку, в центре кипы проводов), который снимает показание термопары (железный шнур), выводит данные на индикатор и при падении заданной температуры подает нагрев через силовое реле на желтый нагреватель на конце термопары, имитирующий печь. Температура повышается - нагрев отключается, система термостатируется. Да, приходится попутно осваивать какое-никакое программирование =) Также будет общий дисплей побольше, куда будет выводиться информации о номере фазы прокалки, времени, заданной температуре. Всё что душе угодно, консруктор позволяет.

Ну и собственно результат дня - точный график температурной инерции на каждом участке нагрева. Видно что на высоких температурах печь ведет себя точнее, ее не носит как попало, там она как болид Формулы-1 - на максимальной скорости прижимается к трассе и становится наиболее управляемой. Но это уже совсем скучные тонкости. Надеюсь через пару месяцев будет действительно результат, когда загружу в печь драгоценные формы и она с силой драконьего пламени, но ловкостью эквилибриста выдержит прокалочный режим и даст новый прирост качества изделий, да и вообще сделает работу более комфортной. Потому что ведь что ключевое во всем этом? То, что правильная печь должна делать эту работу САМА. Цикл прокалки занимает 5-7 часов (для больших литейных форм все 12), и как правило приходится на ночь, чтобы после целого дня подготовки литейных форм оставить печь работать и к утру получить готовые к литью опоки. А приходится вставать каждые полчаса и крутить ручку регулятора. Так что поверьте, этот ужасный квест делается, чтобы облегчить себе жизнь =)

Честно говоря понятия не имею для кого этот пост, какова целевая аудитория, но надеюсь было хоть немного интересно. И может кто-нибудь, кому действительно нужно, набредет однажды на эту статью.
P.s. меня можно найти в ВК по нику Arimf