失蜡铸造工艺是由古代铸造工艺发展而来的。距今5000多年前的新石器时代晚期,我国古代工匠就在青铜器的制造中广泛采用了失蜡铸造工艺。当时的工匠根据蜂蜡的可塑性和热挥发性的特点,首先将蜂蜡雕刻成需要形状的蜡模,再在蜡模外包裹黏土并预留一个小洞,晾干后焙烧,使蜡模气化挥发,同时黏土则成为陶瓷壳体,壳体内壁留下了蜡模的阴模。这时再将熔化的金属沿小孔注入壳体,冷却后打破壳体,即获得所需的金属铸坯。
现代失蜡铸造技术的基本原理并无二致,只不过更加复杂精密。这主要体现在对蜡模的型位**的要求更加严格。现代工艺中蜡模的获得不只是对蜡的直接雕刻,还可以通过对金属原模(版)的硅胶模压得到阴模,再由硅胶阴模注蜡后得到蜡模。浇铸材料也不再是黏土,而代以铸造石膏。这样的产品比古代的铸件精细得多。
失蜡浇铸的工序流程是:压制胶模——开胶模——注蜡(模)——修整蜡模(焊蜡模)——种蜡树(——称重)——灌石膏筒——石膏抽真空——石膏自然凝固——烘焙石膏——熔金、浇铸——炸石膏——冲洗、酸洗、清洗(——称重)——剪毛坯(——滚光)。
下面分别讲述各个工序。
一 .压制胶模 制作胶模使用的胶是两面带沾胶的生橡胶片。一般使用进口胶片,以Castaldo牌为多。其中一种价格相对低一些,由于所含天然橡胶的成分较少,硫化后的硬度稍大,但压模时间较短,适合于经验比较丰富的开模师进行操作;另一种价格稍高,所含天然橡胶的充分较多,质地柔软,韧性十足,适合于花型较为复杂、轮廓尺寸细小、凸凹明显的银版压模,在取出蜡模时不易折断蜡模。 生胶片的保存必须注意控制其存放温度,在20℃以下一般可保存一年,在0~5℃保存时间可达到2~3年。 另外,也有一种预先制成一系列大小和厚度的橡胶模,其内壁有凸凹的连接脚,使用比较方便。
二 .开胶模 开胶模在首饰工厂中是一项要求很高的技术,因为开胶模的好坏直接影响蜡模以及金属毛坯的质量,而且还直接影响胶模的寿命。技术高超的开模师傅开出的胶模,在注蜡后基本没有变形、断裂、披风的现象,基本不需要修蜡、焊蜡,能够节省大量修整工时,得到较高的生产效率。
三. 注蜡 胶模开好后就可以进行注蜡操作了。注蜡操作应该注意对蜡温、压力以及胶模的压紧等因素。
制作蜡模使用的蜡一般是兰色的模型石蜡,其融化温度在60℃左右,注蜡温度在65℃左右。还有一些其他颜色的石蜡,性质略有不同。蜡温及注射压力是由注蜡机决定的。注蜡机的类别通常有风压式和真空式两种。这两种注蜡机的注蜡原理基本相似,就是利用气压将熔融状态的蜡注入胶模。两者的区别在于真空式注蜡机能够先将胶模抽真空,在向胶模注蜡;而风压式注蜡机只能直接向胶模注蜡。所以通常操作以真空式注蜡机比较容易掌握,而风压式注蜡机则需要具有一定的经验。
注蜡机中的加热器和感温器能够使蜡液达到并保持一定的温度。通常注蜡机中蜡的温度应该保持在70~75℃之间,这样的温度能够保证蜡液的流动性。如果温度过低,蜡液不易注满蜡模,造成蜡模的残缺;反之蜡液温度过高,又会导致蜡液从胶模缝隙处溢出或从注蜡口溢出,容易形成飞边或**手指。
注蜡机蜡筒内的压力是由外接气泵提供的,一般应该保持在0.5~0.7at(或kgf/cm2)即0.051~0.071Bar之间,也可以根据蜡模的体积和复杂程度进行适当的调整。
注蜡之前,首先应该打开胶模,检查胶模的完好性和清洁性。如果是使用过的胶模,就应该向胶模中尤其是形状比较细小复杂的位置喷洒脱蜡剂(也可撒上少量滑石粉),以利于取出蜡模;其次应该预热注蜡机,打开气泵,调整好压力和温度。
注蜡时,应该用双手将夹板(可以是有机玻璃板或木板、铝板等)中的胶模夹紧,注意手指的分布应该使胶模受压均匀;将胶模水口对准注蜡嘴平行推进,顶牢注蜡嘴后双手不动,用脚轻轻踏合注蜡开关并随即松开,双手停留1~2秒后,将胶模放置片刻,即可打开胶模(如果胶模有底,应该首先将模底拉出),取出蜡模。蜡模取出后仔细检查,如果出现比较严重的缺边、断脚等问题,这样的蜡模就属于废品。如果是一些比较细小的缺陷,则应该进行蜡模的修整。
四. 修整蜡模 一般而言,注蜡后取出的蜡模都会或多或少地存在一些问题,如飞边、多重边、断爪、肉眼可见的砂眼、部分或整体结构变形、小孔不通、花头线条不清晰、花头搭边等等。对于飞边、多重边、花头不清晰、花头搭边等缺陷可以用手术刀片修光;对于砂眼、断爪可以用焊蜡器进行焊补;小孔不通的可以用焊针穿透;对于蜡模的变形可以在40~50℃的热水中进行校正. 另外,对于手寸不同的戒指,如果等到执模时再改指圈,无疑既费工又费料。所以一般的生产企业都是在修蜡模时直接改指圈。改指圈使用焊蜡器非常方便,焊好后用刀片修整一下焊缝即可。
五 . 种蜡树 蜡模经过修整后,需要种蜡树,才能进行进一步的操作。 种蜡树就是将制作好的蜡模按照一定的顺序,用焊蜡器沿圆周方向依次分层地焊接在一根蜡棒上,使*终得到一棵形状酷似大树的蜡树,再将蜡树进行灌石膏等工序。种蜡树的基本要**,蜡模要排列有序,关键是蜡模之间不能接触,既能够保持一定的间隙,又能够尽量多地将蜡模焊在蜡树上,也就是说,一棵蜡树上要尽量“种”上*多数量的蜡模,已满足批量生产的需要。
种蜡树必须“种”在一个圆形橡胶底盘上。这个橡胶底盘的直径是与不锈钢筒的内径配套的。一般橡胶底盘的直径有3吋、3吋半和4吋。底盘的正中心有一个突起的圆形凹孔,凹孔的直径与蜡树的蜡棒直径相当。“种蜡树”的**步,就是将蜡棒头部蘸一些融化的蜡液,趁热插入底盘的凹孔中,使蜡棒与凹孔结合牢固。**步,逐层将蜡模焊接在蜡棒上,可以从蜡棒底部开始(由下向上),也可以从 蜡棒头部开始(由上向下)。
如果“种树”的技术比较熟练,两种方法操作起来的差别不大;但是一般使用从蜡棒头部开始(从上向下)的方法比较多,因为这种方法的*大优点是可以防止融化的蜡液滴落到焊好的蜡模上,能够避免因蜡液滴落造成的不必要的返工。
一般的烘焙过程是:首先将电阻炉预热到起始温度,将石膏模水口向下放入炉中,以便使蜡液流出蒸发;在起始温区恒温1小时后,再以1~2小时的间隔逐步升/降温和恒温。注意升温(或降温)���度应该保持在100~200℃/小时,否则升温过快容易形成石膏模的裂纹,严重的可能造成石膏模损坏或报废,升温过慢又容易造成遗蜡或石膏模干燥不彻底,影响铸件的质量。石膏模的烘焙时间主要取决于金树的大小和复杂程度,可以根据具体情况进行调整。
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