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精密铸造法首饰加工


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黄  金 GOLD

2004 年第 2 期/ 第 25 卷

精密铸造法首饰加工
许珠信
( 长春黄金研究院)

摘要 : 研究叙述了贵金属首饰加工的常用方法 ,并着重介绍了精密铸造法的工艺流程 、 操作步 骤及技术参数 。为首饰原型的设计 、 模型的

制作 、 首饰成品的生产加工及最终的产品检查 ,提供了 既先进又详尽的方法 。 关键词 : 首饰加工 ; 机械冲压 ; 手工 ; 精密铸造 ; 模型 ; 成品
中图分类号 :TS934. 3     文献标识码 :B     文章编号 :1001 - 1277 (2004) 02 - 0046 - 05

1    引 言
目前 ,市场上销售的首饰基本上是金 、 、 铂 银的纯 金属 ,或者是金 、 、 铂 银与其它金属合成材料加工而成 的 。笔者详细介绍了贵金属首饰精密铸造加工工艺 流程 、 相关设备 、 操作方法和技术参数等 。这种首饰 加工工艺主要应用于戒指 、 胸针 、 耳环 、 项链 、 项坠等 贵金属首饰和眼镜 、 、 钟表 假牙等方面 ,近几年也应用 于不锈钢或其它材料的精密部件加工 。

可以批量生产 。工艺流程详见图 2 。

2  贵金属首饰常用加工方法
目前 ,贵金属首饰加工行业中常用的加工方法可 分为 3 种 : 机械冲压加工法 、 精密铸造法 、 手工制造 法 。工艺流程详见图 1 。 2. 1   机械冲压加工法 首先将设计好的首饰制成钢质模具 ( 制造模具有 多种方法) ,再将制造好的模具固定在冲压设备上 ,然 后将首饰原料放置在冲压设备上进行冲压加工 。将 压切好的首饰毛坯装入有抛光介质的小型抛光机进 行初抛光处理 ; 初抛光处理后的中间产品经检验修整 后 ,在电解抛光机中进行二次抛光 , 再经检查合格才 能称为贵金属首饰产品 。 这种加工方法一般应用于硬度较高的 K 金合金 首饰加工 。批量生产同一款式首饰时 ,采用该工艺可 以降低生产成本 。 2. 2   精密铸造加工法 精密铸造加工法是当前世界各国贵金属首饰加 工行业中最常用的方法之一 。该方法最早应用于假 牙合金铸造工艺中 ,称作埋没用石膏铸造法 ; 目前 ,广 泛应用于金 、 、 银 铂贵金属和非铁合金铸造工艺中 。 其特点是多品种 、 造型美观精致 、 生产规模可大可小 、
图1  贵金属首饰加工工艺总流程

2. 3   手工制造法

手工制造法是手工艺者常用方法之一 。通常把 贵金属原料或合金原料放入耐火容器里 ,用氧气或液 化气 ( 用小型空压机加压) 火焰使原料充分熔化 ; 将熔 化好的贵金属液体倒入预先加热好的耐火模具中 ,同 时手工施加压力 ,使液体充分压入到模具里 。待模具 冷却后 ,除掉模具可得到贵金属首饰毛坯 。毛坯的表 面处理通常在涂抹抛光膏的抛光机上抛光 ,但有时考

收稿日期 :2003 - 12 - 28 作者简介 : 许珠信 (1955 - ) ,男 ,工程师 ,从事黄金选冶及贵金属首饰加工研究工作 ; 吉林省长春市南湖大路 6760 号 ,130012

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虑贵金属的损失 ,利用钢质抛光棒或者硬质石材棒进 行碾压抛光 。

图3  铸造原型

( 1) 首饰原型的确认 : 首先注意观察原型的形状 ,

同时检查原型是否有缺陷或变形 。 (2) 考虑铸造时的浇铸问题 , 应该选好浇铸口的 形状及大小 ,并且加工好浇铸口 。 (3) 浇铸口焊接在首饰原型上 ( 锡焊或者使用粘 )。 接剂 ( 4) 洗净原型表面的残留物 。 ( 5) 根据原型的形状 ,选择合适尺寸的铝合金箱 , 然后把厚度 2 ~ 3mm 的专用橡胶切成与铝合金箱尺 寸相等的上下两块橡胶板 ,并将首饰原型连同浇铸口 一起夹在上下两块橡胶板中间 ( 应注意原型的方向) , 并将其放入铝合金箱中 ,然后在箱内四边放置固定用 金属钉 ,关紧铝合金箱 。 (6) 将铝合金箱放置在自动压模机中 , 上下两块 板同时加热胶模 ,与此同时利用压缩空气通过平行的 两块板对胶模加压 , 控制温度 120 ℃, 时间约 45min ( 此参数随着原型形状及大小变化而有所改变 ) 。当 铝合金箱中的生橡胶硫化变硬后取出 ,放入水里使其 完全冷却 。待模具冷却后 ,将橡胶模型从铝合金箱取 出。 (7) 首先从橡胶模型中拔掉四边的固定用金属 钉 ,然后从浇铸口处开始在胶模上划切割线 , 用割刀 把胶模切成上下两块 ,并取出金属原型 。为了使蜡型 不走样 , 一般将切面切割成齿状 。该项作业十分重 要 ,必须细心操作 , 不能使胶模受任何损伤和变形 。 橡胶模型的制作见图 4 。 3. 3   石蜡模型的制作 (1) 常用模型材料的主要成分为石蜡 , 还有合成 树脂等 。一般来说 ,根据不同的季节和不同的模型形 状 ,采用不同配比的石蜡 。在国外市场上 , 随时可以 买到已配制好的各种石蜡 。模具用的石蜡必须满足 下列条件 : 硬度大 ,熔点高 ,软化不宜变形 ,容易焊接 , 加热时成分变化少 ,膨胀系数底 ,燃烧时残留灰分少 , 价格廉价 。

图2  精密铸造加工工艺流程及相关设备示意图

手工制造法除了上述的铸金工艺外 , 还有锻造 、 雕刻等贵金属手工加工工艺 。这种手工工艺是根据 设计要求把贵金属板材 、 管材 、 细丝材料锻造 、 雕刻 、 剪切 、 焊接成各种形状 、 图案的贵金属首饰工艺品 。

3  精密铸造法的工艺流程和技术参数
3. 1   首饰原型的设计与制作

首饰原型的设计部门是企业的核心 。企业要求 设计师必须跟踪不断变化的市场需求及客户的特殊 要求 ,随时设计出最新款式的首饰样品 。原型加工人 员是根据设计图精心制作首饰原型 。制作首饰原型 的原材料都是使用易于加工的铜 、 、 银 石蜡等 。首饰 原型的尺寸要比最终首饰产品大于 10 %~ 20 % 。这 是因为考虑到制造过程中各作业部门所使用的各种 材料的收缩率问题 ,以及铸造时的收缩问题 。首饰原 型详见图 3 。 3. 2   橡胶模型的制作 将首饰原型接上浇铸口 ,像做三明治一样夹在硅 橡胶里 ,再装入铝合金箱中 , 经加压 、 加热硫化成型 。 制作橡胶模型使用的橡胶必须满足如下要求 : 耐腐 蚀 ,耐老化 ,复原性能好 , 具有弹性和柔软性 , 不能熔 化在石蜡中 。 制造橡胶模型的步骤如下 :

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黄  金 制作铸型模具材料种类繁多 ,但首饰行业多采用 优质的专用石膏作铸型材料 。在国外市场上 ,可以买 到与各种添加剂调配好的铸型专用石膏 ,而产品包装 上有详细的使用说明 。例如 : 日本 Kerr 会社生产的 石膏模具材料 Satin Cast20 的产品上有如下使用说 明 : 加水量为 38 %~ 42 % , 加温到 185 ℃ 后保持温度
2h ,温度达到 400 ℃ 后保持温度 2h ,温度达到 770 ℃ 后

保持温度 3h 。值得说明的是即使使用同一个品牌的 产品 ,根据不同的使用方法及烧结方法 , 其铸型的性 质也不相同 。这项作业中 ,掌握好石膏的基本性质及 相关技术是非常必要的 。例如 : 加水和脱水 、 石膏铸
图4  橡胶模型的切割

( 2) 单件石蜡模型的制作是要靠真空加压注蜡系

统来完成 。首先调节好真空加压注蜡系统的石蜡熔 解锅和喷射嘴的温度 ,控制温度分别为 73 ℃ 75 ℃。 和 根据模具的不同形状设定好注入压力 、 注入时间 、 吸 引时间 。注入石蜡作业时 ,如果遇到复杂形状的模具 一定要注意对口的结合 , 还有注入作业前 , 应用细毛 笔在模具内涂上滑石粉或硅酮油 ,其目的一是考虑注 入的石蜡能够顺利地到达模具内部狭窄或细的部位 , 二是考虑成型后的石蜡模型便于从橡胶模具中取出 。 在注蜡作业中 , 应注意橡胶模具的使用温度 ; 同 一个模具注入的次数越多 , 模具越热 , 石蜡模型的硬 化速度越慢 。如果此时急于把石蜡模型从模具中取 出 ,模型容易变形 。石蜡模型从模具中取出后 , 要进 行检查 ,看是否有气泡洞 、 、 斑痕 缺口等 。修整作业可 以用电烙铁或专用刀具进行 。 ( 3) 将单件石蜡模型熔接成 “蜡模树” “蜡模树” 。 的大小是根据单件石蜡模型的形状 、 质量及石膏模型 所用不锈钢套筒尺寸而定 。 “蜡模树” 底座是圆形橡 胶台 ,其内径与不锈钢套筒尺寸一致 。石蜡模型的制 作见图 5 ,6 。

型的强度 、 膨胀收缩 、 模具的通气性和热传导的改善 等 。埋没用石膏材料具有如下特性 : 耐火温度高 、 热 膨胀率小 、 不与熔融的合金发生化学反应 、 浇铸产品 表面光滑 、 石膏易溶于水 、 浇铸后的首饰在水中容易 与石膏模具分离 。

图6  橡胶底台及蜡模树

3. 4. 2   石膏铸型模具的制作

常用的操作工艺流程为 : 蜡模树 →石膏模外套 筒→ 注入石膏浆 →硬化 →取出筒 →加热烧结 →铸 造→ 首饰与模具分离 → 表面抛光处理 。 (1) 首先将 “蜡模树” 进行称量 , 然后根据不锈钢 套筒 尺 寸 , 计 算 出 石 膏 和 水 的 用 量 。按 一 定 的 配 比 ( 石膏与水的比率为 1∶) 将石膏放入搅拌机中 ( 先 4 放入水后 , 再放入石膏 ) 搅拌 3min 。搅拌后 , 在真空 脱泡机中进行 1min 的脱泡作业 。 (2) 在 “蜡模树” 表面喷洒酒精 , 再将不锈钢套筒 小心地套在 “蜡模树” 橡胶底座上 ( 此时应注意套筒和 底座的紧密连接) 。将预先搅拌好的泥状石膏倒入在 不锈钢套筒里 ( 石膏倒入高度应比 “蜡模树” 高出 1cm 即可) ;3min 后 ,在真空脱泡机上进行第二次脱泡 , 其 目的是防止空洞的产生 ,增强模具的密度及强度 。将 埋没好的石膏圆筒放入空气中自然干燥 1~2h , 然后

图5  石蜡模型

3. 4   石膏模具的制作 3. 4. 1   石膏模具材料

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将不锈钢套筒和橡胶底座取出 ,结束埋没作业 。 (3) 石膏模具的烧结一般是在回转式电炉中进 行 ( 小型箱式电炉 、 马弗炉也可以) 。该作业中 , 温度 和时间的控制最为关键 , 原则上必须缓慢加热 , 加热 速度不宜过快 ,如果过快会导致石膏模具的变形或龟 裂 ,还有在烧结过程中 ,炉内必须有足够的空气 ,使模 具内部的石蜡全部燃烧掉 ; 这样才能得到留有不含气 泡 ,并且通气性良好的原型空间 。 (4) 烧结温度和时间控制如下 : 温度达到 85 ℃ 后 ,保持温度 90min → 150 ℃ , 保持温度 90min → 在 下 在 450 ℃ ,保持温度 90min →在 820 ℃下 , 保持温度 下
90min → 自然降温 。温度降低至铸造作业时铸模的实

为了达到成品不产生砂眼的目的 , 需要施加压 力、 、 真空 吸引或者离心力等使金属熔融液体充分充 填铸模的细微部分 ,以保证成品质量 ; 为完成此工艺 , 需要使用铸造机 。目前国外常用的铸造机有中频真 空离心铸造机和真空吸引加压铸造机 。这些设备技 术先进 、 操作简便 ,很受业内人士的欢迎 。 选择铸造工艺时 , 首先考虑产品的种类及生产 量 ,然后再选择工艺所需要的铸造机和配套设备 。不 同铸造方法在铸模温度 、 熔融液体温度 、 浇铸压力 、 铸 造后的静态保持时间方面也有不相同的要求 。浇铸 作业开始前 ,根据不同合金的熔点 , 应该把铸造机的 原料熔解温度 、 浇铸时间调节至最佳参数值 , 这是浇 铸作业成败的关键 。 在铸造过程中 , 首先使浇铸原料得到充分熔解 , 并达到合适的铸造温度 ,这时可以开始浇铸作业 。将 预先加热至浇铸温度的石膏铸模从回转式电炉中迅 速取出 ,然后放入铸造机里即可 ( 此时浇铸金属原料 及助熔剂已放入铸造机的坩埚里 ) , 剩下的浇铸作业 由铸造机自动完成 。铸造熔解过程见图 8 。

用温度 ,并保持温度到铸造作业开始 。铸造作业中 , 铸模 的 实 用 温 度 是 根 据 浇 铸 原 料 的 不 同 而 不 同 。 18K 金和 14K 金的铸模实用温度为 650 ℃ 720 ℃,银 ~ 的铸模实用温度为 400 ℃ 650 ℃。石膏模具的制作 ~ 见图 7 。

图7  石膏模具的制作

图8  铸造熔解过程

3. 5   贵金属铸造 3. 5. 1 铸造前的准备

3. 6   贵金属首饰毛坯的处理 (1) 模具内的熔金凝固后 , 敲碎石膏模具取出铸

首先根据 “蜡模树” 的质量计算出浇铸原料的质 量 ,计算质量时应该考虑铸造方法 、 坩埚的形状方面 的因素 。另外 ,对 18K 金 、 金浇铸原料而言 ,浇铸 14K 时铸模的实用温度应该控制在 650 ℃ 720 ℃,而浇铸 ~ 时的熔融液体温度控制在 1 000 ℃ 1 160 ℃ ~ 范围内 。 浇铸原料的熔解是在真空或空气中进行 ,其中在空气 中熔解应该注意熔融液体的表面氧化 ( 金合金 、 银合 金中易氧化的金属是铜 ) 。为了解决这些问题 , 通常 使用硼砂 、 、 硼酸 木炭等物质作为覆盖物使其与空气 隔离 。
3. 5. 2   贵金属铸造

件毛坯 ,然后投入冷却池里除去石膏 。为了完全彻底 地除去铸件上的石膏 ,常用高压石膏清洗机冲刷残存 石膏 。铸件毛坯见图 9 。 ( 2) 将清洗好的铸件用斜口钳子进行 “摘果” 。 (3) 贵金属首饰精密铸造的最后工序是抛光处 理 。这项工作非常细腻 ,作业的好坏直接影响最终产 品的质量 ,必须精心 、 细致地操作 。 抛光处理可分为 3 个步骤 : ① 首先用细纹钢锉处 理铸杂上的剪切口 ,然后把它挂在专用挂架上放入电 解抛光机中进行铸件表面氧化物和变色层处理 。抛 光作业时间为 10s 。 ② 将铸件放到涂有抛光膏的抛光 机上进行 。抛光机的抛光盘均使用软质材料 。抛光 膏有很多种类 ,还可分为粗 、 、 。 ③ 细 超细 将铸件挂在 专用挂架上后 ,放入盛有专用洗涤剂的超声波清洗机

常用的铸造方法可以用“灌 、 、 、 4 个字 转 吸 压” 概括 ,具有代表性的方法有 : 浇灌法 、 离心铸造法 、 负 压吸引铸造法 、 加压铸造法 。

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中进行最后处理 。经过细致的质量检查 ,合格的产品 才是贵金属首饰成品 。贵金属首饰成品见图 10 。

图 10   贵金属铸造首饰成品 图9  贵金属毛坯

3. 7   金属首饰与珠宝的组装

(4) 产品质量检查要点 : ① 产品是否有穴 、 、 窝 针

刺、 欠缺 、 擦痕 、 裂纹 、 粗糙处等 。 ② 焊接处的剪切是 否正确 。 ③ 刻印的字是否清晰可读 。 ④ 是否混进异 物。⑤ 是否变形 。 ⑥ 尺寸的修整是否正确 。 ⑦ 是否 和设计图有不同之处 。 ⑧ 是否在操作工序中进行质 量管理 ,并且负责地将产品交给下一道工序 。

组装作业是指精致的贵金属首饰与珠宝的手工 组装过程 。组装工艺和方法很多 ,并对其成品质量要 求特别严格 。这项作业对专业人员的素质和技术要 求非常高 ,专业人员必须具有很高的责任感 、 较高的 专业技术 、 熟练的手工工艺技巧 。在组装过程中 , 首 先要注意金属件的损伤和珠宝的安全 ,应该避免珠宝 的破损 、 表面擦伤和遇热炸裂等 。

The ornament processing of precision casting
Xu Zhuxin
( Changchun Gold Research Institute)

of precision casting including its process flow ,operating steps ,technical parameters ,original design of ornament ,the making of mould ,the examination of finished product and the processing of end product of ornament are introduced in detail . Keywords :processing of ornament ;mechanical stamping ;done by hand ; precision casting ;mould ;finished product

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Abstract :The common2used processing methods of precious metallic ornament are described. The advanced technology ( 编辑 : 赵玉娥)

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