МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ДИЗАЙНА
Технология материалов
Выполнила: студентка 3 курса, 1группы
Когуашвили Юлия
Преподаватель: Парфенов Г.П.
Минск 2010
Литье ювелирных изделий
Ювелирные изделия отливают из золотых, платиновых и серебряных сплавов. Сплавы, пригодные для изделий, называют литейными. К ним предъявляются особые требования — они должны обладать хорошими литейными свойствами, быть минимально насыщенными газами, что обусловливает их беспористость, и пластичными. К разряду литейных можно отнести большинство золотых сплавов 750-й пробы, золотые сплавы 583-й пробы с содержанием никеля и цинка, с серебряномедной лигатурой; платиновые сплавы 950-й пробы и серебряные сплавы 916 и 875-й проб.
Получение ювелирных изделий литьем по выплавляемым моделям — самый прогрессивный метод, получивший распространение в ювелирной промышленности недавно. Он дал возможность повысить производительность труда, сократить потери драгоценных металлов, а также использовать на изготовлении сложных ювелирных изделий ювелиров средней квалификации, а изделий средней сложности — малоквалифицированных ювелиров. Процесс собственно литья изделий и предшествующие ему процессы происходят в специально оборудованных цехах ювелирных предприятий соответственно литейном и формовочном.
Современным оборудованием литья по выплавляемым моделям является комплекс, состоящий из нескольких блоков (установок). В такой комплекс входят: вулканизационный пресс, инжекционная установка, компрессор, установка для вибровакуумирования, плавильно-заливочная установка. Плавильно-заливочные установки бывают двух типов с центробежной принудительной заливкой жидкого металла в форму и вакуумного всасывания.
Наиболее распространена установка центробежного литья.
Сущность процесса заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в тонкостенные, неразъемные, разовые литейные формы, изготовленные из специальной огнеупорной смеси по разовым моделям. Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов. Перед заливкой модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием и т.д. Для устранения остатков модельного состава и упрочнения форма нагревается и прокаливается. Заливка осуществляется в разогретые формы для улучшения наполняемости.
Основные технологические операции изготовления форм и отливок.
- Приготовление модельного состава.
- Изготовление моделей отливки и элементов литниковой системы или секции моделей.
- Сборка моделей или секций моделей в блоки.
- Изготовление литейной формы.
- Подготовка литейных форм к заливке и заливка металла в горячую форму.
- Затвердевание и охлаждение отливки в форме.
- Снятие формы с отливки.
Образец для прессформы изготовляют из недрагоценных металлов (мельхиора, латуни, бронзы) с последующим никелированием или родированием. Иначе поверхность металла будет пригорать к пресс-форме. Литье в форме неизбежно дает литейную усадку, поэтому образец изготовляют с поправкой на усадку, т. е. толщину металла делают во всех пропорциях «полнее» истинных размеров на 5-6%.
Изготовление резиновых пресс-форм. В качестве сырья для резиновых форм используют сырые резиновые смеси. Подготовка резиновой смеси заключается в распрессовывании в вулканизационном прессе при температуре не выше 100° С в течение 1—1,5 мин. Для этого кусок сырой резиновой смеси помещают между двумя стальными полированными плитами, смазанными кремнийорганической жидкостью во избежание прилипания смеси к металлу. Между плит устанавливают ограничители, позволяющие отрегулировать необходимый зазор. Выдержав 1—1,5 мин под давлением верхней плиты, смесь охлаждают под струей воды и отделяют от плит. Распрессовывать сырую резиновую смесь лучше непосредственно перед изготовлением пресс-форм. Для того чтобы фиксировать резиновые пластины относительно друг друга при сборке в пакет (несколько слоев резины), изготовляют резиновые замки — ребристые с одной стороны пластины. Для этого распрессованную сырую резину вырезают по размерам пресс-форм и очищают ватным тампоном, смоченным в бензине. Пресс-форму протирают кремнийорганической жидкостью. Собранный пакет помещают в вулканизационный пресс, прогревают 5 мин; затем в течение 40 мин вулканизируют под давлением при температуре 140"С. По окончании вулканизации пакет охлаждают под струей воды и из пресс-формы извлекают резиновую пластину.
Для изготовления разъемных пресс-форм из распрессованной резины вырезают пластины по форме и размерам металлической рамы. Пластины очищают бензином и укладывают в пачки. Количество пластин в пачке зависит от толщины модели. На нижнюю пачку кладут резиновые замки, обратная сторона которых зачищена напильником и смочена бензином. Между замками укладывают и модель (оригинал). Ее располагают таким образом, чтобы замки обеспечивали фиксацию одной половины формы относительно другой, но не мешали извлечению восковых моделей. Поверхности верхней и нижней резиновых пачек, обращенные к модели, натирают тальковой пудрой, а по краям будущего разъема смазывают силиконовым маслом. После наложения верхней пачки на нижнюю сверху помещают дополнительную плиту, на которую будет оказывать давление плита пресса. Собранный пакет помещают в металлическую раму, вставляют в вулканизационный пресс и прижимают верхней плитой пресса. После того как температура верхней плиты пресса достигает 140— —150° С, ее опускают до предела, и под ее давлением проводится вулканизация в течение 30—45 мин. По истечении этого срока обогрев выключают, и раму с пресс-формой извлекают и охлаждают. Излишки резины обрезают и пресс-форму разъединяют по месту разъема и извлекают модель. На рабочей поверхности пресс-формы не должно быть неровностей и повреждений.
Для изготовления разрезных пресс-форм так же, как и для изготовления разъемных, пластины распрессованной сырой резины вырезают по форме металлической рамы, смачивают бензином и укладывают в пачки. Толщина пачек, как и для разъемных пресс-форм, зависит от высоты модели.
Модель ювелирного изделия укладывают между двумя пачками сырой резины, а полости изделия плотно заполняют кусочками сырой резины. Собранный таким образом пакет вкладывают в металлическую раму и помещают в вулканизационный пресс. Далее процесс прессования и вулканизации протекает аналогично описанному. После извлечения пресс-формы из рамы ее разрезают на две половинки, аккуратно подрезая линию разъема скальпелем. Линию разреза выбирают неровной (бугристой) для лучшей фиксации половинок пресс-форм. Для извлечения из них сложной восковой модели делают дополнительные прорези. Качество изготовления пресс-формы определяют по опытному отливу восковой модели.
Изготовление восковых моделей. Материалом для выплавляемых моделей служит специальный восковой модельный состав, который загружают в плавильный котел. Крышку котла закрывают и прижимают гайками. После чего включается обогрев котла, устанавливается температура (60—70°С) для модельного состава и регулируется давление сжатого воздуха в зависимости от величины и формы восковой модели. На рабочую часть пресс-формы наносят слой тальковой пудры или распыленной силиконовой жидкости. Затем пресс-форму устанавливают в специальное приспособление. Нагретый до определенной температуры модельный состав путем надавливания на сопло подается из котла в пресс-форму. Для моделей со сложной конфигурацией и крупных плоских моделей состав подается сильным или неоднократным нажатием.
Половинки резиновых пресс-форм должны быть прижаты друг к другу плотно, но не очень сильно и не очень слабо. Чрезмерное сжатие половинок пресс-формы препятствует выходу из нее воздуха и ведет к незаполнению модели, а слабое сжатие ведет к переполнению пресс-формы. Заполненную модельным составом пресс-форму выдерживают 1—2 мин до ее охлаждения, после чего из разъединенной пресс-формы осторожно извлекают восковую модель.
Для сборки моделей в блоки используют литники — восковые стояки с металлическим стержнем внутри. Их делают из отходов модельного состава от выплавки моделей. Восковые отходы расплавляют на песчаной или масляной бане и заливают в специальную форму, в которую заранее вложен взвешенный металлический стержень диаметром 1,5 мм. После охлаждения и извлечения из формы литник подвергается тщательному осмотру, зачистке (специальным шабером) швов, облоя и других дефектов.
Для сборки моделей в блок восковой стояк укрепляют в специальном приспособлении. Сплавляя соединительные части моделей и стояка тонким лезвием электропаяльника, припаивают модели к стояку. В результате образуется блок — «куст». Каждый блок может насчитывать до 60 моделей. Блок устанавливается на резиновую подставку (масса подставки, впрочем, как и других деталей, фиксируется), а затем промывается в 5%-ном растворе сульфанола или в моющих средствах для синтетических изделий. Сушат блоки потоком воздуха, используя для этой цели вентилятор, до полного исчезновения влаги с поверхности моделей.
Изготовление литейных форм. В резиновый цилиндр наливают дистиллированную воду и устанавливают на вибростоле вакуумной установки. При включенном вибраторе постепенно, при непрерывном перемешивании, в цилиндр засыпают формовочную массу из расчета 2,5 ч. на 1 ч. воды. Формовочная масса перемешивается с водой 1,5—3 мин, после чего цилиндр накрывают крышкой и включают вакуумный насос для отсоса из цилиндра воздуха. Вакуум доводится до 0,8—0,9 ат давления и смесь вакуумируется в течение 5—7 мин. Затем цилиндр с вакуумированной массой снимают с вибростола, а на вибростол, при умеренном вибрировании, помещают опоку с модельным блоком (опока устанавливается на резиновой подставке). Осторожно, чтобы не повредить блока моделей, формовочную массу заливают в опоку, закрывают крышкой и снова включают отсос воздуха. При вакууме 0,8— —0,9 ат, как только смесь начнет разбрызгиваться, насос выключают. Вибрация продолжается 1—2,5 мин. Через 2 ч резиновую подставку снимают и сушат на воздухе не менее 6 ч.
Выплавление восковых моделей. Для выплавления восковых моделей из форм пользуются сушильным шкафом, оснащенным термометром и поддоном для сбора вытопленной восковой массы. Литейную форму устанавливают в камеру сушильного шкафа на решетку вниз литниковой чашей и выдерживают в ней в течение 6 ч при температуре 150°С, после чего подвергают прокаливанию.
Прокаливание опоки с литейной формой. Опоку с литейной формой устанавливают в нагретую до 100°С электрическую печь на специальную решетку вертикально, литником вниз. Нагрев проводят ступенчато по заданной программе до 700°С с периодическими выдержками после 200 и 400°С. После этого печь выключают и опока охлаждается вместе с печью до определенной температуры, при которой опоку переносят в электроплавильную машину для центробежного литья. Температура опоки рассчитывается в зависимости от литейного сплава по формуле t° нагрева опоки.
Заливка металла в формы производится в специальной установке для центробежного литья. Для литья ювелирных изделий используют установки мощностью порядка 13 кВт, емкостью тигля 1,5 кг (для золота). Интервал регулирования температуры 700...1200 °С и частота вращения плавильного узла 220 об/мин. Для заливки металла нагревают тигель установки до 700 °С и засыпают на дно тигля обезвоженную борную кислоту в качестве флюса из расчета 1,5...2,0% от массы шихты. Затем нагревают тигель до температуры плавления сплава и загружают частями металл по массе отливки. Расплавленный металл раскисляют цинком для золота и фосфористой медью для серебра из расчета 0,1...0,2% от массы шихты, перемешивая расплав, избыток флюса с поверхности удаляют. Литейную форму из печи переносят и устанавливают в заливочном узле. Машину включают на установленное время вращения 2...3 мин и производят заливку. Снятую с заливочного узла форму охлаждают на воздухе до 60...70 °С. Отделяют блок от формовочной массы легкими ударами молотка по металлической опоке и стержню блока. Затем блок очищают жесткой щеткой. Окончательно очищают отливки от формовочной смеси в 20...40%-ном растворе плавиковой кислоты. После травления отливки промывают в проточной воде и при необходимости осветляют в отбелах: золото в 10 %-ном азотном, серебро - 10 %-ном серном. После промывки и сушки блок готов к отделению отливок от литниковой системы.
Отделенные отливки даже в том случае, когда сделаны но модели целого изделия, еще не являются готовыми. Они поступают в монтировку для обработки поверхности, подгонки размеров колец, сборки замковых узлов в серьгах и брошах, припайки ушек кулонов и т. д. и только после окончательной монтировки готовы к закреплению камней и полировке.
Отделка и художественная обработка ювелирных изделий
Отделка и художественная обработка ювелирных изделий проводятся для того, чтобы повысить художественную ценность и износостойкость изделий, антикоррозионную стойкость их поверхностей и придать изделиям соответствующий товарный вид. Отделочные процессы можно классифицировать по трем видам: механическая отделка — полирование, чеканка, гравирование; декоративно-защитные покрытия — эмалирование и чернение; химическая обработка — оксидирование и гальванизация.
-полировка
-чеканка
-гравирование
-эмалирование
Полирование
Сущность процесса полирования заключается в удалении с поверхности металла микронеровностей, чем достигается высокий класс чистоты и зеркальность поверхности. Полирование — один из отделочных процессов обработки изделий. Ювелирные -изделия могут подвергаться полированию перед оксидированием — покрытием слоем другого металла. Если изделия после сборки нельзя отполировать целиком, некоторые детали их полируют в процессе монтировки. В основном применяются два вида полирования ювелирных изделии: механические и электрохимическое. Механическим называют поштучное полирование изделий с абразивом и без него. Массовые же способы полирования — в барабанах и контейнерах, несмотря на то, что фактически тоже механические, называются галтовкой и виброобработкой.
Электрохимическое полирование — это анодное травление изделий в среде электролитов под действием электрического тока, т. е. процесс, обратный золочению и серебрению.
Механическое полирование. Механическое абразивное полирование проводят на полировальных станках с помощью эластичных кругов и щеток с абразивными пастами, а безабразивное — вручную специальными полировками. Для абразивного полирования ювелирных изделий применяют двухшпиндельные станки, оснащенные насадками для крепления полировального инструмента и вытяжными устройствами со сборниками отходов для последующего извлечения драгоценных металлов.
Для промывки ювелирных изделий современные предприятия оснащены ультразвуковой установкой, резервуар которой заполняется моющим раствором следующего состава (г/л): Водный раствор аммиака 25%- ный........ 40 Мыло хозяйственное 70%-ное . 0,5 Время очистительного цикла до 3 мин, температура раствора 60°С.
Чеканка
Чеканкой называют вид художественной обработки металлов специальными пуансонами — чеканами, в результате которой заготовка принимает рельефное изображение. Сущность процесса чеканки заключается в том, что в результате оказанного на чекан давления (ударом молотка) на металле остается след по форме рабочей части чекана. Многократными ударами различных чеканов выбивают заданный рисунок. Различают ручную и машинную чеканку. Чеканка считается ручной, если процесс выколотки изображения производится вручную. Машинная чеканка — это штамповочная операция, производящаяся на прессах с помощью штампов. Современное оборудование позволяет получать изображения высокого качества, поэтому штамповка в значительной мере сократила применение ручной чеканки в изготовлении ювелирных изделий. И чеканку следует рассматривать не как вид художественного оформления, а как самостоятельный вид изготовления изделий, занимающий большое место в художественной промышленности.