教你了解“失蜡铸造法”

在距今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精确的要求更加严格。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。

教你了解“失蜡铸造法”

失蜡浇铸的工序流程是:压制胶模→开胶模→注蜡(模)→修整蜡模→种蜡树→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→剪毛坯。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。

压制胶模的设备是(硫化)压模机,其主要部件由两块内带电阻丝和感温器件的加热板、定温器、定时器(有些型号没有此装置)等组成。压模机上面还配有升降丝杠,用于压模及取出。

配套使用的还有压模框,根据其开孔的数量可以分为单板、双板、四板等型号,制造压模框的材料通常是铝合金。一般压模框的尺寸为48mm×73mm,有时使用加厚的压模框压制较大的原版,尺寸通常为64mm×95mm。

压胶模看似简单,其实其中也有许多细节必须讲究。首先必须保证压模框和生胶片的清洁,压模之前应该尽可能地将压模框清洗干净,操作者清洗双手和工作台;其次要保证原版与橡胶之间不会粘连,要做到这一点,就应该优先使用银版,如果是铜版则应该将铜版镀银后再进行压模,因为铜版很容易与橡胶粘连在一起;再次就是要注意根据具体情况确定适当的硫化温度和时间——这两者不但基本符合某一个函数关系,而且还与胶模的厚度、长宽、原版的复杂程度有关,通常将压模温度定为150℃左右,如果胶模厚度在3层(约10mm),一般硫化时间为20~25分钟,如果是4层(约13mm)则硫化时间可为30~35分钟……依次类推,同时硫化温度与原版的复杂程度也有关系:如果原版是复杂、细小的款式,则应该降低硫化温度,延长硫化时间(如有的师傅采用降低温度10℃,延长时间一倍的方法),反之如果温度过高,反而会影响压模的效果。

压模质量的好坏还取决于压埋模版的质量。总的来说,首先应该使生胶片能够牢固紧密地粘接在一起,必须首先保证生胶片的清洁,不要用手直接接触生胶片的表面,而应该将生胶片粘上后再撕去生胶片表面的保护膜。要保证生胶与原版之间没有缝隙。在填埋生胶时就应该仔细,尤其对某些细小的花型和副石镶口底孔等细微孔隙,必须用碎小的胶粒填满,用尖锐物(如镊子尖)压牢。为了避免压出的胶模过于坚硬,填埋生胶时应该按照同一方向进行压埋。

为了保证胶模在相当时期内可以使用,应该使胶模具有足够的厚度,因此一个胶模最少也应该使用3层生胶压制。将生胶叠压好原版后应该使胶模整体略大于压模框,即长宽略大(能够用力压入压模框),胶模厚度在压入压模框后略高于框体平面约2mm。

压模还必须注意要首先预热,再放入已装压好生胶的压模框,旋紧手柄使加热板压紧压模框,硫化初期可以检查一下加热板是否压紧,硫化时间到了以后迅速取出胶模,最好使其自然冷却(当然也可以用冷水冲凉)到不烫手时,就可以趁热用锋利的手术刀进行开胶模的操作了。

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。

开胶模使用的工具比较简单,有手术刀及刀片、镊子、剪刀、尖嘴钳等。注意初学者使用手术刀时必须使用新刀片,这样反而不容易划伤手指。切割过程中为保证刀片与生胶片胶模之间的润滑,可以在刀片上蘸水或洗涤剂(但是千万不能蘸油,因为油会使胶模变硬、变脆)。胶模通常采用四脚定位法,也就是说,开出的胶模有四个脚相互吻合固定,四脚之间的部分有采用直线切割的,也有采用曲线切割的。一般的开模顺序(以开戒指胶模为例)如下:

1、压过的胶模冷却至不烫手时,用剪刀剪去飞边,用尖嘴钳取下水口块,拉去焦壳。

2、将胶模水口朝上直立,从水口的一侧下刀,沿胶模的四边中心线切割,深度为3~5mm(可根据胶模大小适当调整),切开胶模四边。

3、从第一次下刀处切割第一个脚。首先割开两个直边,深度为3~5mm(可根据胶模大小适当调整),再用力拉开已切开的直边,沿45°切开一个斜边,形成一个直角三角形形状的脚。这时切口的胶模两半部分应该有对应的阴、阳三角形脚相互吻合。

4、按照上一步的操作过程,依次切割出其余三个脚。

5、拉开第一次切开的脚,用刀片平稳地沿中线向内切割(如果是曲线切割法则应按照一定的曲线摆动刀片,划出鱼鳞状或波浪形的切面),一边切割一边向外拉开胶模,快到达水口线时要小心,用刀尖轻轻挑开胶模,露出水口。再沿戒指外圈的一个端面切开戒指圈,直至戒指花头和镶口处。

6、花头的切割,这是开胶模中比较困难和复杂的步骤。如果主石镶口是爪镶,切割花头就应该沿花头一侧两个爪的轴线切开,然后向花头另一侧的戒指外圈端面切割,直至切割到水口位置。这时胶模已经被切成两半了,但还不能将银版取下。

7、切割留有镶口、花头的胶模部分。在主石两侧与副石镶口间隔处,沿主石镶口外侧已切开的两个爪轴线切割,直至对称的另两个爪;再沿主石镶口外侧的剩余一个方向切割,与刚才切割的面相交,使主石镶口呈直立状。再在主石镶口及副石镶口的爪根部横切一刀,使花头成为两部分。拉开已切开的部分,注意观察有无被拉长的胶丝(通常是副石镶口的孔和花头的镂空部分形成的),若有则应该切断。

8、取下银版,注意观察银版与胶模之间有无胶丝粘连,若有,切断。

9、开底。沿戒指内圈深切整个圆周,使切口接近底面,不要切透。翻转胶模,用手指抓住胶模两边向切口方向折弯,可以观察到内圈的圆周切口以及镶口、花头部分的切口的痕迹(因未切割透,剩余的橡胶拉伸形成略凹的浅痕)。沿这些痕迹切割至对应水口的位置,再沿水口平行的方向切割8~12mm宽度的长条,长度接近水口。这时的底部形成一个类似蘑菇的形状,已经能够将戒指的内侧部分从切开的底部拉出了。这样的胶模才能顺利地将蜡模取出。

压制好的胶模应该再进行仔细的检查。注意胶模内不能有任何缺陷,比如明显的破花、缺角、粘连等。这些都有可能造成蜡模的缺陷,因此应该对这些缺陷进行修补,如切开未切的位置、用焊蜡器焊补破花、缺脚的地方等。另外,对于结构复杂的原版应该按照具体情况进行切割面的调整,比如对于多层的盘镶式首饰应该分层切割,有时还需要套切出套芯;对于多层的吊坠、大而复杂的链牌可以不必开底,直接分层等等。胶模的保存环境应该是低温、阴暗的,还要避免油类、酸性物质的影响。如果使用的不是非常频繁,胶模可以使用上十年的时间。但是如果使用频繁,一般使用两年就不使用了,因为这时的胶模由于反复注蜡受热已经变硬,使用效果大大降低。加上对款式变化需要的考虑,一般胶模的使用寿命在2~3年之间。

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,容易形成飞边或烫伤手指。

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,使最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。种蜡树的基本要求是,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”上最多数量的蜡模,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”的第一步,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。第二步,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,因为这种方法的最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。

种蜡树的操作过程应该注意以下一些问题。

1、种蜡树的蜡模水道与蜡棒之间一般有45°的夹角,也就是说,蜡模的方向是倾斜向上的。只有这样才能便于金水顺利注入石膏模。这个夹角可以根据蜡模的大小和复杂程度进行适当的调整,小而复杂的蜡模可以减小夹角;反之,比较大的蜡模可以增大夹角。

2、在种蜡树之前,应该首先对橡胶底盘进行称重。种蜡树完毕,再进行一次称重。将这两次称重的结果相减,可以得出蜡树的重量。将蜡树的重量按石蜡与铸造金属的密度比例换算成金属的重量,就可以估算出大概需要多少金属进行浇铸。

3、种蜡树完毕,必须检查蜡模是否都已焊牢。如果没有焊牢,在灌石膏时就容易造成蜡模脱落,影响浇铸的进行。最后,应该再检查蜡模之间是否有足够的间隙,蜡模若贴在一起,应该分开;如果蜡树上有滴落的蜡滴,应该用刀片修去。

六、灌石膏、抽真空

将蜡树连底盘一起套上不锈钢筒(钢铃),在钢铃外面上包裹单面胶纸(胶纸最后应该高出钢铃上沿20cm左右)备用。

1、拌石膏浆:按钢铃的具体容积备好相应重量的石膏粉和水(若无蒸馏水,自来水也可),一般石膏粉和水的比例为2~2.5:1(这时的石膏浆比重约为2),可以根据气候的干湿、冷暖,以及铸模的大小、复杂程度进行调整,水温在20~25℃之间比较适宜。先将水放入搅拌容器中,开动搅拌器,逐步放入石膏粉,搅拌10分钟左右,即可进行第一次抽真空(1~2分钟)。

2、灌石膏:抽真空后的石膏浆马上沿钢铃的内壁缓缓注入,切忌将石膏浆直接倒在蜡树上,直至石膏浆没过蜡树约1cm,立即进行第二次抽真空。抽真空2分钟完毕,自然放置6~12小时进行以保证石膏的凝固。

七、烘焙石膏

石膏模的烘焙是保证浇铸正常进行的重要工序。一般而言,18K金的铸模烘焙时间为6~12小时,铂金的铸模烘焙时间为12~20小时。烘焙的作用主要有:脱蜡、干燥和浇铸保温。以18K金的烘焙为例,脱蜡温度为0~350℃,保温时间2小时;干燥温度为350~700℃,保温时间2~3小时;浇铸保温温度为600~500℃,保温时间1~2小时。

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)速度应该保持在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。

标签:

Tel
010.51290140
Email
yinziji@163.com