失蠟鑄造工藝
2開膠模開膠模在首飾工廠中是一項要求很高的技術,因為開膠模的好壞直接影響蠟模以及金屬毛坯的質量,而且還直接影響膠模的壽命。技術高超的開模師傅開出的膠模,在注蠟後基本沒有變形、斷裂、披風的現象,基本不需要修蠟、焊蠟,能夠節省大量修整工時,得到較高的生產效率。開膠模使用的工具比較簡單,有手術刀及刀片、鑷子、剪刀、尖嘴鉗等。注意初學者使用手術刀時必須使用新刀片,這樣反而不容易劃傷手指。切割過程中為保證刀片與生膠片膠模之間的潤滑,可以在刀片上蘸水或洗滌劑(但是千萬不能蘸油,因為油會使膠模變硬、變脆)。膠模通常採用四腳定位法,也就是說,開出的膠模有四個腳相互吻合固定,四腳之間的部分有採用直線切割的,也有採用曲線切割的。一般的開模順序(以開戒指膠模為例)如下:1) 壓過的膠模冷卻至不燙手時,用剪刀剪去飛邊,用尖嘴鉗取下水口塊,拉去焦殼。2) 將膠模水口朝上直立,從水口的一側下刀,沿膠模的四邊中心線切割,深度為3~5mm(可根據膠模大小適當調整),切開膠模四邊。3) 從第一次下刀處切割第一個腳。首先割開兩個直邊,深度為3~5mm(可根據膠模大小適當調整),再用力拉開已切開的直邊,沿45°切開一個斜邊,形成一個直角三角形形狀的腳。這時切口的膠模兩半部分應該有對應的陰、陽三角形腳相互吻合。4) 按照上一步的操作過程,依次切割出其餘三個腳。5) 拉開第一次切開的腳,用刀片平穩地沿中線向內切割(如果是曲線切割法則應按照一定的曲線擺動刀片,划出魚鱗狀或波浪形的切面),一邊切割一邊向外拉開膠模,快到達水口線時要小心,用刀尖輕輕挑開膠模,露出水口。再沿戒指外圈的一個端面切開戒指圈,直至戒指花頭和鑲口處。6) 花頭的切割,這是開膠模中比較困難和複雜的步驟。如果主石鑲口是爪鑲,切割花頭就應該沿花頭一側兩個爪的軸線切開,然後向花頭另一側的戒指外圈端面切割,直至切割到水口位置。這時膠模已經被切成兩半了,但還不能將銀版取下。7) 切割留有鑲口、花頭的膠模部分。在主石兩側與副石鑲口間隔處,沿主石鑲口外側已切開的兩個爪軸線切割,直至對稱的另兩個爪;再沿主石鑲口外側的剩餘一個方向切割,與剛才切割的面相交,使主石鑲口呈直立狀。再在主石鑲口及副石鑲口的爪根部橫切一刀,使花頭成為兩部分。拉開已切開的部分,注意觀察有無被拉長的膠絲(通常是副石鑲口的孔和花頭的鏤空部分形成的),若有則應該切斷。8) 取下銀版,注意觀察銀版與膠模之間有無膠絲粘連,若有,切斷。9) 開底。沿戒指內圈深切整個圓周,使切口接近底面,不要切透。翻轉膠模,用手指抓住膠模兩邊向切口方向折彎,可以觀察到內圈的圓周切口以及鑲口、花頭部分的切口的痕迹(因未切割透,剩餘的橡膠拉伸形成略凹的淺痕)。沿這些痕迹切割至對應水口的位置,再沿水口平行的方向切割8~12mm寬度的長條,長度接近水口。這時的底部形成一個類似蘑菇的形狀,已經能夠將戒指的內側部分從切開的底部拉出了。這樣的膠模才能順利地將蠟模取出。壓制好的膠模應該再進行仔細的檢查。注意膠模內不能有任何缺陷,比如明顯的破花、缺角、粘連等。這些都有可能造成蠟模的缺陷,因此應該對這些缺陷進行修補,如切開未切的位置、用焊蠟器焊補破花、缺腳的地方等。另外,對於結構複雜的原版應該按照具體情況進行切割面的調整,比如對於多層的盤鑲式首飾應該分層切割,有時還需要套切出套芯;對於多層的吊墜、大而複雜的鏈牌可以不必開底,直接分層等等。膠模的保存環境應該是低溫、陰暗的,還要避免油類、酸性物質的影響。如果使用的不是非常頻繁,膠模可以使用上十年的時間。但是如果使用頻繁,一般使用兩年就不使用了,因為這時的膠模由於反覆注蠟受熱已經變硬,使用效果大大降低。加上對款式變化需要的考慮,一般膠模的使用壽命在2~3年之間。3注蠟膠模開好後就可以進行注蠟操作了。注蠟操作應該注意對蠟溫、壓力以及膠模的壓緊等因素。 製作蠟模使用的蠟一般是蘭色的模型石蠟,其融化溫度在60℃左右,注蠟溫度在65℃左右。還有一些其他顏色的石蠟,性質略有不同。蠟溫及注射壓力是由注蠟機決定的。注蠟機的類別通常有風壓式和真空式兩種。這兩種注蠟機的注蠟原理基本相似,就是利用氣壓將熔融狀態的蠟注入膠模。兩者的區別在於真空式注蠟機能夠先將膠模抽真空,在向膠模注蠟;而風壓式注蠟機只能直接向膠模注蠟。所以通常操作以真空式注蠟機比較容易掌握,而風壓式注蠟機則需要具有一定的經驗。 注蠟機中的加熱器和感溫器能夠使蠟液達到並保持一定的溫度。通常注蠟機中蠟的溫度應該保持在70~75℃之間,這樣的溫度能夠保證蠟液的流動性。如果溫度過低,蠟液不易注滿蠟模,造成蠟模的殘缺;反之蠟液溫度過高,又會導致蠟液從膠模縫隙處溢出或從注蠟口溢出,容易形成飛邊或燙傷手指。注蠟機蠟筒內的壓力是由外接氣泵提供的,一般應該保持在0.5~0.7at(或kgf/cm2)即0.051~0.071Bar之間,也可以根據蠟模的體積和複雜程度進行適當的調整。 注蠟之前,首先應該打開膠模,檢查膠模的完好性和清潔性。如果是使用過的膠模,就應該向膠模中尤其是形狀比較細小複雜的位置噴洒脫蠟劑(也可撒上少量滑石粉),以利於取出蠟模;其次應該預熱注蠟機,打開氣泵,調整好壓力和溫度。 注蠟時,應該用雙手將夾板(可以是有機玻璃板或木板、鋁板等)中的膠模夾緊,注意手指的分布應該使膠模受壓均勻;將膠模水口對準注蠟嘴平行推進,頂牢注蠟嘴後雙手不動,用腳輕輕踏合注蠟開關並隨即鬆開,雙手停留1~2秒後,將膠模放置片刻,即可打開膠模(如果膠模有底,應該首先將模底拉出),取出蠟模。蠟模取出後仔細檢查,如果出現比較嚴重的缺邊、斷腳等問題,這樣的蠟模就屬於廢品。如果是一些比較細小的缺陷,則應該進行蠟模的修整。4修整蠟模一般而言,注蠟後取出的蠟模都會或多或少地存在一些問題,如飛邊、多重邊、斷爪、肉眼可見的砂眼、部分或整體結構變形、小孔不通、花頭線條不清晰、花頭搭邊等等。對於飛邊、多重邊、花頭不清晰、花頭搭邊等缺陷可以用手術刀片修光;對於砂眼、斷爪可以用焊蠟器進行焊補;小孔不通的可以用焊針穿透;對於蠟模的變形可以在40~50℃的熱水中進行校正. 另外,對於手寸不同的戒指,如果等到執模時再改指圈,無疑既費工又費料。所以一般的生產企業都是在修蠟模時直接改指圈。改指圈使用焊蠟器非常方便,焊好後用刀片修整一下焊縫即可。5種蠟樹蠟模經過修整後,需要種蠟樹,才能進行進一步的操作。 種蠟樹就是將製作好的蠟模按照一定的順序,用焊蠟器沿圓周方向依次分層地焊接在一根蠟棒上,使最終得到一棵形狀酷似大樹的蠟樹,再將蠟樹進行灌石膏等工序。種蠟樹的基本要求是,蠟模要排列有序,關鍵是蠟模之間不能接觸,既能夠保持一定的間隙,又能夠盡量多地將蠟模焊在蠟樹上,也就是說,一棵蠟樹上要盡量「種」上最多數量的蠟模,已滿足批量生產的需要。 種蠟樹必須「種」在一個圓形橡膠底盤上。這個橡膠底盤的直徑是與不鏽鋼筒的內徑配套的。一般橡膠底盤的直徑有3吋、3吋半和4吋。底盤的正中心有一個突起的圓形凹孔,凹孔的直徑與蠟樹的蠟棒直徑相當。「種蠟樹」的第一步,就是將蠟棒頭部蘸一些融化的蠟液,趁熱插入底盤的凹孔中,使蠟棒與凹孔結合牢固。第二步,逐層將蠟模焊接在蠟棒上,可以從蠟棒底部開始(由下向上),也可以從 蠟棒頭部開始(由上向下)。如果「種樹」的技術比較熟練,兩種方法操作起來的差別不大;但是一般使用從蠟棒頭部開始(從上向下)的方法比較多,因為這種方法的最大優點是可以防止融化的蠟液滴落到焊好的蠟模上,能夠避免因蠟液滴落造成的不必要的返工。 種蠟樹的操作過程應該注意以下一些問題。 1) 種蠟樹的蠟模水道與蠟棒之間一般有45°的夾角,也就是說,蠟模的方向是傾斜向上的。只有這樣才能便於金水順利注入石膏模。這個夾角可以根據蠟模的大小和複雜程度進行適當的調整,小而複雜的蠟模可以減小夾角;反之,比較大的蠟模可以增大夾角。 2) 在種蠟樹之前,應該首先對橡膠底盤進行稱重。種蠟樹完畢,再進行一次稱重。將這兩次稱重的結果相減,可以得出蠟樹的重量。將蠟樹的重量按石蠟與鑄造金屬的密度比例換算成金屬的重量,就可以估算出大概需要多少金屬進行澆鑄。 3) 種蠟樹完畢,必須檢查蠟模是否都已焊牢。如果沒有焊牢,在灌石膏時就容易造成蠟模脫落,影響澆鑄的進行。最後,應該再檢查蠟模之間是否有足夠的間隙,蠟模若貼在一起,應該分開;如果蠟樹上有滴落的蠟滴,應該用刀片修去。6灌石膏、抽真空將蠟樹連底盤一起套上不鏽鋼筒(鋼鈴),在鋼鈴外面上包裹單面膠紙(膠紙最後應該高出鋼鈴上沿20cm左右)備用。1) 拌石膏漿:按鋼鈴的具體容積備好相應重量的石膏粉和水(若無蒸餾水,自來水也可),一般石膏粉和水的比例為2~2.5:1(這時的石膏漿比重約為2),可以根據氣候的乾濕、冷暖,以及鑄模的大小、複雜程度進行調整,水溫在20~25℃之間比較適宜。先將水放入攪拌容器中,開動攪拌器,逐步放入石膏粉,攪拌10分鐘左右,即可進行第一次抽真空(1~2分鐘)。2) 灌石膏:抽真空後的石膏漿馬上沿鋼鈴的內壁緩緩注入,切忌將石膏漿直接倒在蠟樹上,直至石膏漿沒過蠟樹約1cm,立即進行第二次抽真空。抽真空2分鐘完畢,自然放置6~12小時進行以保證石膏的凝固。7烘焙石膏 8熔金、澆鑄石膏模的烘焙是保證澆鑄正常進行的重要工序。一般而言,18K金的鑄模烘焙時間為6~12小時,鉑金的鑄模烘焙時間為12~20小時。烘焙的作用主要有:脫蠟、乾燥和澆鑄保溫。以18K金的烘焙為例,脫蠟溫度為0~350℃,保溫時間2小時;乾燥溫度為350~700℃,保溫時間2~3小時;澆鑄保溫溫度為600~500℃,保溫時間1~2小時。 (1).烘焙石膏一般的烘焙過程是:首先將電阻爐預熱到起始溫度,將石膏模水口向下放入爐中,以便使蠟液流出蒸發;在起始溫區恆溫1小時後,再以1~2小時的間隔逐步升/降溫和恆溫。注意升溫(或降溫)速度應該保持在100~200℃/小時,否則升溫過快容易形成石膏模的裂紋,嚴重的可能造成石膏模損壞或報廢,升溫過慢又容易造成遺蠟或石膏模乾燥不徹底,影響鑄件的質量。石膏模的烘焙時間主要取決於金樹的大小和複雜程度,可以根據具體情況進行調整。 (2)熔金、澆鑄真空吸鑄機澆鑄:石膏模烘焙接近尾聲時,開始熔化已配好的金並保持熔融狀態。石膏模待保溫完畢,在吸鑄機口部墊好石棉墊圈,將鋼鈴迅速從電爐中取出,水口向上放入待鑄的真空吸鑄機口部,注入金水的同時輕踏吸鑄板,即可完成澆鑄。澆鑄完成後,注意打開放氣開關進行放氣。 真空感應離心澆鑄機澆鑄:首先打開機蓋,在熔金坩堝中加入已配好的金塊,蓋上機蓋,設定預加熱溫度,開始熔金。待達到接近熔融狀態,放入已保溫完全的石膏模,蓋好機蓋,首先抽真空,再加熱到設定溫度,並設定好離心加速度和穩定轉速;達到設定溫度後機器自動進入離心澆鑄狀態,約1~2分鐘完成。澆鑄完成後,注意打開放氣開關進行放氣。註:起版是失蠟鑄造的準備工序,由於起版師製作的原版將被反覆鑄造,因此起版質量的好壞決定了失蠟澆鑄最終的質量。 起版操作最重要的要求是「忠實原貌」,即原版的製作必須嚴格符合設計圖紙的要求。要做到這一點,操作者必須首先利用立體思維來深入體驗和領會設計者的構思和主題,還應兼顧原版的整體性、協調性、美觀性和可操作性。有時由於設計中存在不合理成分,起版師就應該根據實際情況與設計師協商,隨時調整設計,使原版的設計趨於完美。起版必須精益求精,例如主石鑲口的大小、形狀應與首飾整體結構相協調;凸凹面和各種線條應流暢圓順;花飾、副石鑲口的布局應該合理;原版表面各個細微之處都應平滑光亮……起版的方法一般以製作銀版為主,有時也會使用特製的蠟來製作。失蠟澆鑄需要蠟版,而蠟版的批量製作則需要用銀版製作的橡膠模。銀版的製作完全依靠起版師的手工技藝,通過鋸、銼、焊、鏨等手段用925銀製作出稜角分明、線條清晰、表面光潔的原版。從這一點上看,起版過程與首飾的手工製作過程是相似的。但是起版比一般的手工製作有更高的工藝要求。起版要求首飾的表面、鏤空部位和背面光潔無痕,要求銀版的各部分結構合理、鑲嵌寶石的位置尺寸準確無誤,有些還要求對鑲嵌部位進行預加工(如對包鑲內壁打槽或焊絲、對釘鑲孔周圍起釘、對槽鑲的鑲槽內壁打凹槽等),因此起版是首飾製作中工藝要求最高的工序。對於複雜結構的銀版,有時還要採用擺坯等方法進行製作。擺坯是起版工藝中非常重要的技術。對於部件較多的銀板,採用一般的焊法非常困難,如果部件都很細小就更加困難。例如對盤鑲類眾多的小鑲口與大鑲口的焊接、球面碎鑽爪鑲的小鑲口之間以及小鑲口與邊框的焊接、兩層或兩層以上的花式鏈牌中花葉與大、小鑲口的焊接等。這些複雜款式的銀板的製作必須依靠擺坯才能完成。擺坯的一般過程是:1) 先將首飾設計圖中的複雜原版分解為若干部件,對每一部件進行製作,如大小鑲口、花葉、花絲、花頭、骨架等預先分別製作好待用。2) 準備一塊100×60×1(mm)的銅板(或木板、鋁板、塑料板),將膠泥在銅板上堆壓成半球形(半球的直徑與戒指指圈相當)或平面。3) 先將主石鑲口壓入膠泥中,注意壓入深度要適當,過深或過淺都不行;再將副石鑲口按圖紙位置壓入膠泥,擺放整齊;將花葉、花絲和骨架按圖紙位置壓入膠泥,擺放整齊;將大小鑲口的爪插入大小鑲口與其它部件之間的縫隙中,與對應的鑲口貼平,注意爪的位置要對稱,長度要比圖紙標註的尺寸略長一些(若不是爪鑲則這一步可以省略)。4) 將一片50×50×0.4(mm)的鐵皮捲成圓筒,焊好(或用膠紙粘牢),插入膠泥,圍住擺好的部件;將已調好的石膏漿沿圓筒內壁緩緩注入,注入深度接近圓筒深度;常溫下放置2—3小時,待石膏自然凝固後,將石膏筒倒轉放置,小心取下膠泥,縫隙里的膠泥用毛筆蘸汽油輕輕刷洗乾淨。5) 風乾殘餘汽油,焊接露出的原版背面;焊後趁熱將石膏筒放入冷水中炸洗,除去石膏;用鋼針挑去殘留的大塊石膏,將原版放入稀硫酸中浸泡10分鐘,取出沖凈,用吹風吹乾。6) 檢查原版正面是否有虛焊、漏焊和變形,若有則應進行補焊和修正;確認無誤後剪去多餘的爪(正反兩面)。7) 根據銀版的體積、複雜程度焊接單股、雙股或三股水口線(可用直徑為3—5mm的銅絲),銼修焊縫。8) 對銀版整體進行銼修、打砂紙、打膠輪,直至表面光亮整潔、花型對稱、線條流暢,即可進行壓模和注蠟操作了。蠟版是使用特殊成分的蠟製作的。這些蠟根據其硬度一般分為三種型號,以美國產的Ferris牌雕刻用蠟為例,1號蠟為綠色,硬度最大,適用於細小蠟版的製作;2號蠟為紫色,硬度適中,適用於較複雜結構的蠟版的製作;3號為藍色,硬度最低,適用於簡單結構的一般蠟版的製作。通常戒指的蠟版使用蠟管(一般有三種,如圖(1)~(3):一種外圓有一條平面,中空部分為圓柱型;一種為空心圓柱;一種是偏心的空心圓柱);鏈牌、耳墜、鏈節等使用塊狀、實心的方柱形(或多稜柱形)、圓柱形蠟材(如左圖);大小鑲口使用較薄的蠟片;花絲和爪使用各種直徑的蠟絲。二 .蠟版(雕蠟)雕蠟使用的工具有各種形狀的刻刀(如尖刀、中尖刀、闊平刀、圓頭刀、月牙刀等),壓刀(刀頭有圓形、球形、方形、平尖形、三棱尖形、凹圓形、凹球形等)以及與手工製作相似但尺寸更小的的鋸、銼刀等,還會使用焊蠟器(類似於電烙鐵),熔蠟器,吊機和機針,有時會使用專用的車蠟機和刻蠟機等設備。下面以一個爪鑲(帶副石)的男戒的蠟版製作為例,簡單介紹一種雕蠟的操作過程。1) 準備3號蠟管,按設計圖紙中的尺寸留餘量後,用鋸弓鋸下一段蠟管,將兩個端面銼平。2) 按圖紙尺寸準備蠟片和蠟絲,製作大小鑲口、花飾和花葉的部件。3) 對戒指檯面和花頭兩側對應大小鑲口和配嵌花絲、花葉的位置鑽孔,用鋸成略小於實際尺寸的形狀,再用銼刀和刻刀修整至適當形狀和尺寸。4) 用焊蠟器將鑲口、花絲和花葉焊接在相應的位置,用刻刀小心挑去焊跡,再用壓刀壓平。5) 在50℃左右的熱水中對蠟版形狀進行矯正。6) 用蠟雕壓刀對蠟版整體各部位進行壓光。蠟雕方法可以應用於各種款式的蠟模製作,尤其在製作裝飾的花飾較為複雜、纖細,講究線條圓潤流暢以及需要雕刻紋飾的原版時更能夠發揮它的特長。
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