首饰贵金属材料的加工及性能

首饰贵金属材料的加工及性能第1节贵金属饰品的铸造工艺

及性能第2页,共65页，2024年2月25日，星期天

将金属或其合金加热溶化后浇注到与首饰或零件的形态、尺寸相对应的铸型空腔内，待其冷却凝固，以获得首饰或其零件毛坯的生产方法，称为铸造（或浇铸）。 流动性、缩松及热裂倾向是决定贵金属饰品铸造工艺性能的三个关键问题第3页,共65页，2024年2月25日，星期天1.合金浇铸的流动性

贵金属或合金材料在进行浇铸成型过程中，液态金属充填型腔的流动能力称为浇铸流动性。共晶体：一种液相在恒温下同时结晶出两种固相的反应叫做共晶反应。所生成的两相混合物叫共晶体。第4页,共65页，2024年2月25日，星期天柱状晶：在合金系中，结晶温度间隔小的合金，在结晶过程中液相与固相的成分差别较小，结晶时形成柱状晶，由模壁向模腔内均匀长大。 形成柱状晶，流动性增大树枝晶：结晶温度间隔较大时，液相与固相成分差别大，晶体呈树枝状朝散热的相反方向长大，使未冷凝的液体流动受阻，故影响合金的流动性。合金的结晶温度间隔越大，液、固相之间的成分差别越大，树枝晶就越严重，对未凝固的金属溶液流动的阻碍也就越大，因而流动性越低。第5页,共65页，2024年2月25日，星期天

缩松：树枝最后结晶的液体，其凝固收缩产生的空隙得不到金属溶液的补缩，形成细小孔洞，即为缩松流动性对缩松的影响：合金的结晶温度间隔越大，流动性越低，缩松倾向也就越大纯金属及共晶成分的合金，在固定温度下结晶（结晶温度间隔等于零），故流动性最高，缩松倾向也最低第6页,共65页，2024年2月25日，星期天对流动性的影响因素：化学成分（最重要）浇铸温度充型压力铸型的充填条件第7页,共65页，2024年2月25日，星期天2铸件的凝固与收缩（1）凝固 铸件的凝固指合金从液态至固态的转变逐层凝固糊状凝固中间凝固 铸件的凝固方式主要决定于合金的结晶温度和铸件的温度梯度第8页,共65页，2024年2月25日，星期天（2）铸造合金的收缩 铸造合金从浇铸、凝固直至冷却到室温的过程，其体积或尺寸缩减的现象，称为收缩。液态收缩凝固收缩固态收缩 合金的总收缩为上述三个阶段收缩的总和。 常用单位体积收缩量（即体积收缩率）来表示，合金的对于铸件尺寸上的收缩常用单位长度的收缩量（即线收缩率）来表示。 对于铂、金、银等贵金属的收缩量在6%-10%左右第9页,共65页，2024年2月25日，星期天（3）铸件的凝固与收缩铸件的收缩主要存在两个问题:缩孔与缩松第10页,共65页，2024年2月25日，星期天金属在凝固过程中，由于体积收缩，而又未能及时得到溶液的补足，在最后凝固的部位形成一些孔洞，按孔洞的大小和分布，可将其分为缩孔和缩松两类第11页,共65页，2024年2月25日，星期天缩孔

集中在铸件最后凝固的部位，常呈倒圆锥形，容积较大的孔洞称为缩孔。出现在铸件上部或铸件最后凝固的部位，多呈锥形、内表面粗糙，一般隐藏在铸件的内部结晶温度范围窄的铸造合金倾向于逐层凝固，容易形成缩孔。第12页,共65页，2024年2月25日，星期天缩松缩松是指铸件最后凝固的区域没有得到液态金属或合金的补缩形成分散和细小的缩孔,称为缩松或疏松形成缩松的基本原因虽然和形成缩孔的原因相同，但是形成的条件却不同，它主要出现在结晶温度范围宽的合金中。

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铸件越厚，凝固收缩越大，浇铸温度越高，缩孔越大 逐层凝固时，缩孔倾向大，缩松倾向小 糊状凝固时，缩孔倾向小，缩松倾向大第14页,共65页，2024年2月25日，星期天（4）缩孔、缩松的防止缩孔、缩松的存在将严重降低首饰铸件的强度和韧性以及抗氧化、抗腐蚀性能，并严重影响首饰抛光工艺，直接影响首饰的外观质量。使用硬膜（金属模）铸造结晶溶液外加压力（压力下结晶）使铸件实现“顺序凝固”第15页,共65页，2024年2月25日，星期天3.铸件裂纹

铸件在固态收缩的过程中，由于各部分冷却速度不同，将引起不均衡收缩，不均衡收缩产生的应力称为铸造热应力。铸造热应力是铸件产生变形和裂纹的主要原因。第16页,共65页，2024年2月25日，星期天

根据铸件产生裂纹的时间和过程，将铸件裂纹分为热裂和冷裂冷裂：在铸件完全凝固后，进行冷却过程中出现的裂纹称为冷裂热裂：铸件在完全凝固以前出现的裂纹称为热裂第17页,共65页，2024年2月25日，星期天4.铸件中的气孔 气孔是气体在铸件中形成的孔洞。最常见的缺陷。造成的废品占废品总数的40%以上气体来源：（1）溶解于贵金属中的气体（2）石膏模具中部分易挥发的物质在高温气化产生的气体（3）在浇铸过程中模腔中的气体进入铸件第18页,共65页，2024年2月25日，星期天5.离心铸造工艺

将液态合金浇注入高速旋转的铸型中，使金属合金在离心力的作用下充填铸型并结晶，这种铸造方式叫离心铸造。

立式离心铸造卧式离心铸造第19页,共65页，2024年2月25日，星期天铸造的定义

将金属或其合金加热熔化后浇铸到与首饰或其零件的形态、尺寸相对应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得首饰或其零件毛坯的生产方法，称为铸造或者浇铸。这种方法可以一次性铸造许多饰品，生产效率极高，而且可以制造形状复杂，特别是具有复杂内腔的饰品，铸件的大小几乎不受限制；第20页,共65页，2024年2月25日，星期天铸造工艺的意义：铸造对于首饰行业来说，具有非常重要的意义。首先，铸造是一种工艺手段，它与其它金属工艺如雕金、锻金、珐琅等一样，具有自身独有的工艺特性和艺术效果。细分起来铸造工艺还由于所用辅助材料的区别，还各有不同的工艺特色，如陶范铸造能做出浑厚凝重的雕塑；成本低廉而又拙中见巧的砂形铸造，可用于一些即兴的工艺品；失蜡法铸造的主要特点却是细致精巧，最适于精细首饰制作。另外，失蜡法最重要的一点是，我们可以利用蜡的媒介转换和可塑性强的特点，做出许多直接对金属加工所做不出来的效果，具有极强的表现力。第21页,共65页，2024年2月25日，星期天

首饰可以通过多种铸造工艺快速、准确地进行复制。在具体应用中可以根据自己作品特点选择不同的铸造方法，以取得不同的艺术效果。另外，精密铸造机械的出现，使得首饰的大批量生产成为可能，可以节省原材料和时间，提高劳动效率并降低劳动成本，这就大大提高了生产效益，这也是首饰铸造的最大意义所在。第22页,共65页，2024年2月25日，星期天第23页,共65页，2024年2月25日，星期天失蜡浇铸的步骤：“蜡板”-“银版”-“蜡版”-“金属版”1）选择模型（通常是以银、铜等金属来作为原版）；（原版的生产可以直接起金属版，也可以先制作一个蜡版）第24页,共65页，2024年2月25日，星期天2）在金属模型外包裹上压膜生胶，硫化后形成橡胶模。我们称为“压胶膜”。第25页,共65页，2024年2月25日，星期天3）用注蜡机熔化蜡料，注入胶膜制成蜡版；第26页,共65页，2024年2月25日，星期天4）在蜡模上设计“水口”，并将蜡模种到蜡底座上，这个过程叫做“种蜡树”；第27页,共65页，2024年2月25日，星期天5）放入专用的模套（钢铸筒）内。第28页,共65页，2024年2月25日，星期天第29页,共65页，2024年2月25日，星期天6）注入耐火铸粉浆液，并去除其中的空气，我们称之为“灌浆”和“抽真空”；第30页,共65页，2024年2月25日，星期天7）干燥，使其凝固；8）烘干，脱蜡（失蜡），焙烧；第31页,共65页，2024年2月25日，星期天9）选择金属或者合金材料，并计算、称出要使用的金属的重量；10）熔化金属或合金；11）对焙烧铸模进行浇铸（浇铸方法有：真空加压浇铸，吸索浇铸，回旋真空加压浇铸，离心浇铸，真空离心浇铸等）；第32页,共65页，2024年2月25日，星期天12）将铸模放入冷水冷却后，取出铸件；第33页,共65页，2024年2月25日，星期天与铸造成败相关的因素1）熔模蜡料的配制对造型和所铸形体的质量有很大影响。2）铸造用金属液化状态时的流动性很重要。3）铸造型腔的设计对铸造的成败有关键作用。4）铸造者的经验（如对铸造技术、机械与工艺的把握）对铸造效果也至关重要。第34页,共65页，2024年2月25日，星期天“一个蜡板”-“一个银版”-“N个蜡版”-“N个金属版”第35页,共65页，2024年2月25日，星期天“一个蜡板的故事”——起版“蜡雕”“J-cad”，“J-cam”起版手工起版电脑起版第36页,共65页，2024年2月25日，星期天手工雕蜡版的具体工艺流程：

看单开料→粗胚→细胚→捞底→开镶口→修理

第37页,共65页，2024年2月25日，星期天电脑雕蜡

——JCAD建模，犀牛建模第38页,共65页，2024年2月25日，星期天递减式快速成型设备的典型代表是日本的JWX-10型雕蜡机熔融沉积法（FDM）光固化法（SLA）红色的树脂硬度较高，适合于直接压模，黄色的树脂熔点相对低，适合于直接倒模。第39页,共65页，2024年2月25日，星期天“一个蜡板”

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“一个银版”水口棒要与铸件最厚的并很少有装饰细节的位置相连。此外，水口棒要尽可能的短，以免在铸造过程中过快冷却。浇铸口留得粗些可以避免过早凝固，这一点很重要。因为一般来说，凝固最早出现在末端，向水口的根部逐渐发展。再说，较粗的浇口，还会在金属收缩时，提供一定的余量，将收缩率及砂眼发生率降到最低。浇口要做得笔直，以利于金属熔液快速流入型腔。水口棒:水口棒的主要作用是保证蜡液失出和浇铸时液体金属流通顺畅，是模浇道系统的最后一个分支。?第40页,共65页，2024年2月25日，星期天浇铸较复杂的造型，有时要做分叉的浇口，特别是粗细变化很多的设计。确认水口与蜡型牢固连接。接合的地方要围得粗些，以便金属熔液流动顺畅。第41页,共65页，2024年2月25日，星期天银版（金属首版）制作胶模首先要有首版（也称头版）。通常的首版是用银精制而成的。第42页,共65页，2024年2月25日，星期天压胶膜开胶膜注蜡（唧蜡）修整蜡模“一个银版”——“N个蜡版”第43页,共65页，2024年2月25日，星期天压胶膜1）划分型线：用油性笔沿着版形边缘划出分型线，作为切开胶模的上下模分型位置，分型线位置的确定，以易于取模为原则。2）填胶：采取塞、缠、补的方式将首版上的空隙位、凹位和镶石位等填满。3）压模硫化：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。

第44页,共65页，2024年2月25日，星期天加工胶模常见的问题及对策分析表第45页,共65页，2024年2月25日，星期天开胶模：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。将压模好的胶模割开，取出首版，并按样版的形状复杂程度，将胶模分成若干部分，使胶模在注蜡后能顺利将蜡模取出。

四脚定位法：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。第46页,共65页，2024年2月25日，星期天注蜡（唧蜡）唧蜡是通过唧蜡机把蜡熔化后用气压注入胶模中，现常用的设备都是真空唧蜡机。脱模剂温度压力调节注蜡操作取蜡件操作第47页,共65页，2024年2月25日，星期天修整蜡模一般而言，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。第48页,共65页，2024年2月25日，星期天“N个蜡版”——“N个金属版”种蜡树石膏粉浆的制作烘焙石膏铸造石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯

第49页,共65页，2024年2月25日，星期天种蜡树：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。第50页,共65页，2024年2月25日，星期天石膏粉浆的制作

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。

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。

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）。第51页,共65页，2024年2月25日，星期天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。

第52页,共65页，2024年2月25日，星期天铸造

石膏模的烘焙接近尾声时，开始熔化已配好的金并保持熔融状态。待石膏模保温完毕，将金水从水口注入，完成浇铸。常见的两种浇铸方式是真空吸铸机吸铸和真空感应离心浇铸机浇铸。

离心浇注：若干铸型放射状地安置在中心浇道的四周，全部铸型绕中心浇口旋转，利用离心力改善充填和补缩的铸造方法。

真空吸铸：利用负压将熔融金属吸入铸型（结晶器）的铸造方法。

第53页,共65页，2024年2月25日，星期天合金铸造时常见问题第54页,共65页，2024年2月25日，星期天石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯

浇铸后的石膏模处于高温状态，从浇铸机中取出后自然放置10～30分钟，再放入冷水中进行炸洗。石膏由于收缩作用炸裂后，取出金树，用钢刷刷去大块的石膏，放入30％的氢氟酸中浸泡10分钟，再夹出，冲洗；用高压清洗喷枪喷洗金树，除去剩余的石膏，直至金树表面干净。将金树上的首饰沿水口底部剪下，晾干，称重即可交付入库或进行下道工序。第55页,共65页，2024年2月25日，星期天蜡镶

蜡镶是首饰工艺技术人员在长期的生产实践中逐步总结和创新的结果。蜡镶是依照失蜡铸造常规工艺流程的基本原则进行的，其创新点在于：它在起银版时就将宝石镶嵌到镶口上，压胶模后就会在胶模上留下宝石和镶口的形状，注蜡之前将选好的宝石紧密嵌入胶模对应位置，再合上胶模进行注蜡。这样，注出的蜡模就已经镶嵌好了宝石，再直接进行浇铸就可以得到镶好宝石的金属模了。

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蜡镶并不适用于所有状况。它应该至少具备两个前提一、所镶的宝石可耐受金水注入时的高温；如钻石、红宝石、蓝宝石、石榴石、橄榄石、立方氧化锆等。二、镶嵌的宝石较多，且常规镶嵌方法较复杂。蜡镶通常多用于多粒钻石的槽镶、钉镶和包镶，有时也可用于单粒或2—3粒钻石的爪镶、槽镶、钉镶和包镶。在批量生产方式中，蜡镶可大大缩短镶嵌工时，对提高生产效率具有非常显著的功效。这一工艺方法尤其适合制造那些采用复杂镶嵌方法的首饰款式。第57页,共65页，2024年