Технология и организация производства ювелирных изделий в непроизводственных условиях

Технологии художественной обработки материалов
26.07.2019

(Всего голосов: 0)

Введение

Ювелирное литье – один из древних и наиболее распространенных видов обработки металлов.

Как известно любою произведение искусства берет начало с идеи, которая в последствии реализуется в шедевр.

Работа над ювелирным изделием начинается с создания эскиза – первого наброска будущего изделия. Всегда создается несколько эскизов, отличающихся декоративными элементами, цветом камней, способом обработки поверхности изделия. Из всех созданный вариантов выбирается лучший и выполняется в металле.

Есть несколько основных способов создания ювелирных изделий:

Литье ювелирных изделий

Самый простой способ изготовления ювелирного изделия в непроизводственных условиях является литье по выплавляемым моделям. Кроме того, литье ювелирных изделий является самой применяемой технологией производства.

Когда эскиз утвержден, можно получить более наглядное его представление, для этого используют специализированные программы для 3D моделирования (Rhinoceros, Magics, ZBrush, Keyshot и тд). На данном этапе работы возможны корректировки недочетов работы. Так как 3D эскиз находится в цифровом формате, его с легкостью можно отправить на фрезерный станок, который точно по проекту изготовит металлическую форму, или же на станок, способный создать модель из специального воска. За неимением таких станков в непроизводственных условиях восковая модель создается не так просто, она вырезается вручную (рис.1).

Воск для моделирования изделия и работа с ним

В данный момент существует несколько торговых марок, производящих специальный воск. Ferris является самой популярной, также есть и другие марки – Kerr и Matt.

Модельный воск – твердый как дерево или пластик, строгается в мелкую стружку, пилиться, сверлится фрезами и полируется, и даже при толщине меньше миллиметра остается прочный. Он бывает трех видов, отличающихся друг от друга температурой плавления, зеленый (115,5˚ С), фиолетовый (110,0˚ С), синий (104,5˚ С). Так же есть литейный воск, предназначенный для заливания его в резиновую форму, для тиражирования изделия. Он бывает двух типов: красный, довольно мягкий и черный, более твердый. Существует пять критериев для определения, подойдет ли воск для резьбы: твердость, прочность, пластичность, однородная плотная консистенция и высокая температура плавления.

Прежде чем создавать модель, стоит учитывать усадку металла, из которого она будет сделана, поэтому ее размеры должны быть чуть больше будущего изделия.

Резьба по воску – один из основных методов работы с модельным воском. Для нее понадобятся такие инструменты как: небольшая поперечная пилка, ювелирный лобзик, металлическая чертилка, надфили, ножи для резьбы, бормашина (набор боров), циркуль (для круглых деталей), паяльник, резцы, стеки (рис.2).

Сначала на кусочек воска наноситься рисунок в размер (с учетом усадки) будущей отливки. После стеком углубляется контур модели, так чтобы осталась лишь форма будущего изделия. Постепенно снимая слои воска бормашиной или резцами, формируется объём изделия. Так же при помощи паяльника можно наплавлять не много воска для наращивания более объемных мест изделия. Добавляя воск можно исправлять совершенные ошибки (рис. 3).

Слепок модели

Для воспроизведения оригинала модели в нескольких экземплярах изготавливается слепок восковой модели из резины (рис. 5а). В данном случае резина является идеальным материалом, так как она хорошо держит форму и способна передать даже самую тонкую проработанную деталь, кроме того, благодаря пластичности резины из нее очень легко доставать восковые копии. В непроизводственных условиях прекрасно подойдет жидкая двухкомпонентная резина холодного отверждения. Чтобы сделать слепок, необходимо закрепить модель на ровной поверхности (например, с помощью небольшого расплавленного кусочка воска «приклеить» модель к поверхности). После модель окружается пластилиновой стенкой, и заливается жидкая резина.

Очень важным этапом создания слепка является ее разрезание, так как стоит учитывать, что, первое, модель должна выниматься в идеальном состоянии, так как если она изначально будет выниматься с искажением формы, то и все последующие, сделанные на таком слепке модели, так же будут искажены, и, второе, две половинки формы после разреза должны точно и плотно соединиться вновь. Поэтому форму разрезают пилообразно (зигзагообразно) по всему периметру (рис. 5б).

Заливка такого слепка воском происходит следующим образом (рис. 6):

  1. Вырезается канал для впрыскивания воска, он должен быть таким что бы носик шприца с воском хорошо в него помещался.
  2. Делаются прорези для выхода воздуха.
  3. Воск расплавляется.
  4. Форму плотно сжимают и через отверстие с помощью шприца впрыскивается расплавленный воск.
  5. Когда воск остынет, можно извлекать получившуюся копию модели.

Полученная восковая модель дорабатывается, те есть убираются возможные переливы и недочеты копии.

Литниковая система

Для заливки ювелирного украшения к модели обязательно устанавливается литник (рис. 7а) – канал, по которому расплавленный металл поступает в форму. Основными элементами литниковой системы являются литниковая чаша (для приема металла), стояк (канал по которому металл поступает в шлакоуловитель), шлакоуловитель (в нем остаются возможные шлаки содержащиеся в жидком металле), питатель (короткий канал для подвода металла в полость формы), выпор или прибыль (нужны для вывода газов из полости формы).

 

Блок из моделей

Если необходимо залить несколько моделей, то можно сделать цельный блок из моделей, стержни которых припаивают электрошпателем (паяльником) к центральному литнику (рис. 7б). Это позволит существенно сэкономить формомассу и время на производство изделий. При сборе блока стоит избегать монтажа восковок с различной формой, размерами и весом, но, если это невозможно, наиболее мелкие детали устанавливаются сверху, крупные – внизу. Это делается для избежание недоливов в мелких частях не больших отливок. В идеальном случае центральный литник должен быть сужен к верху, наиболее толстая часть должна находиться со стороны литниковой чаши. Восковые модели монтируются под углом в 30-45°.

Формовка

Далее происходит формовка, сухую формовочную массу (рис. 8) смешивают с водой, и заливают так, чтобы восковая модель была полностью ей покрыта. Формовочная масса представляет собой гипс, смешанный с противопригарной смесью.

Формовочная масса заливается в опоку – каркас литейной формы. В которой модель устанавливается на систему литников. Опока представляет из себя стальную или чугунную трубу.

В идеальном случае после залития формовочной массы, опоку ставят в установку вакуумирования, в ней из формомассы удаляются пузырьки воздуха, которые могут прилипнуть к модели. Они образуют, после засыхания формомассы, пустоты. В результате поверхность модели окажется усеянной мелкими шариками, которые называют корольками и которые потом приходится сошлифовывать, затрачивая массу времени и усилий.

Но все же можно обойтись и без установки вакуумирования. Для этого после замешивания формомассы энергичными движениями тара с ней простукивается, чтобы пузыри воздуха вышли наружу. Перед заливкой модель следует обезжирить, для этого подойдет спирт. После кисточкой смоченной в формомассе проходятся по модели (рис. 9а). Когда елка омыта формомассой, ее ставят на стол и плотно накрывают опокой так что бы она оказалась по центру, проверяют нет ли щелей, и не сминают ли стенки опоки модель. Доливают оставшуюся формомассу и не много простукивают стенки, чтобы выгнать пузырьки. Так же можно приподнять всю опоку и постучать ей по столу (рис. 9б).

Прокалка опок

Далее идет прокалка опок (рис.10). Она нужна в первую очередь для того, чтобы удалить восковую модель из формы, что бы в гипсе на ее месте осталась пустота, которую в последствии займет металл. Удалить воск можно простым нагревом до 100-120°, а остатки выкипят в гипсе при последующем повышении температур. Так что в печи необходимо иметь поддон, на который и будет стекать выплавляемый воск, до того, как он начнет дымить. Вторая цель прокалки – достаточно разогреть форму для того, чтобы металл, попадающий в форму, быстро не остыл, успел заполнить форму. И третья цель удалить из формомассы воду (полностью вода выйдет лишь при нагреве до 700°, при больших градусах, в гипсе начнутся процессы разрушения, и он будет возвращаться в первоначальное порошкообразное состояние), так как, если залить металл в сырую форму, пар вытолкнет его обратно, сделав из опоки гейзер. Таким образом для прокалки опок необходимо иметь печь способную нагреваться до 700°.

Стадии прокалки опоки (график 1):

  1. Вытопка. Опока помещается в печь, разогретую на 140-150°. Такую температуру держат до тех пор, пока не вытечет весь воск (минимум 2 часа).
  2. Прогрев. Температура поднимается до 300-350 градусов в течение двух часов. Если поднимать температуру слишком быстро, гипс просто потрескается.
  3. Прокаливание. Разогрев печи до 650-730°, выдерживание опоки на 1,5-2 часа, чтобы окончательно вышла влага и остатки воска. Это самый дымный этап прокалки. По окончанию прокалки дым перестанет выходить, и когда он исчезает, прокалка завершена.
  4. Выход на литейную температуру. Понижение температуры до 450-500°.

Заливка металла в форму

Теперь остается только заполнить расплавленным металлом полости в формомассе, которые когда-то занимал воск. Для этого существуют две технологии: центробежное и вакуумное литье. В обоих случаях расплав под воздействием давления затекает, в отверстие в опоке через систему литников попадает в полость модели, полностью ее заполняя. Центробежная сила - та, под воздействием которой предметы движутся от центра вращения к его краям – уже давно используется в литье ювелирных изделий. Метод вакуумного литья основан на удалении воздуха из литейной формы через дно и боковые отверстия опоки во время заливки.

За неимением специальных устройств используется центробежная сила. То есть опока раскручивают вручную (рис. 11).

Самый легкий способ расплавить металл для заливки (латунь, серебро, цинк, золото и т. д.) в непроизводственных условиях - воспользоваться горелкой (рис. 12). Как правило, металл плавится в отдельном тигле (в непроизводственных условиях вместо него можно использовать литниковую чашу, так как металл не течет сам по себе из-за того, что имеет поверхностное натяжение, которое стягивает его в «ртутный шарик»). Металл, взвешивается, кладется в тигель и нагревается до температуры плавления. Рассчитать количество сырья для каждого изделия несложно. Взвешивается восковая модель с литниками и это значение умножается на удельный вес металла, который будет плавиться. Установив вес металла, накидывается еще четверть величины для литниковой воронки и начинают нагревать металл. После того, как температура поднимется до точки текучести, металл переливают из плавильного тигля в литейный. Остывает расплавленный металл постепенно, от стенок формы внутрь.

Придание отливке товарный вид

Когда опока немного остынет, ее погружают в холодную воду и ждут, пока формомасса не станет рыхлой и не начнет отваливаться от металла. Потом жесткой щеткой удаляются остатки формомассы, прилипшие к модели. Литники обрезаются от поверхности, как и литниковая воронка. Отделение отливки от стояка осуществляют либо обламыванием кусачками, либо отливки отрезают ювелирной пилой. Оставшийся металл на отливках удаляют напильником, надфилем с последующим шлифованием и полированием. Полученная отливка, еще не есть готовое художественное изделие. Ее поверхность полна неровностей: выступающие «корешки» литников, чешуя (внутреннее окисление) или пористые участки. Поэтому, прежде всего, необходимо устранить все изъяны. Изделие очистить и отполировать до зеркального блеска.

Таким образом, чтобы организовать производство в непроизводственных условиях необходимо иметь такое основное оборудование, как:

Заключение

В данной работе большее внимание было уделено процессу литья ювелирных изделий по выплавляемым моделям.

Процесс создания ювелирных изделий довольно трудоемкий, требует много сил и усидчивости. Но все же, при достаточном желании, это под силу любому.


Оставить комментарий