МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Білоруський державний університет
ГУМАНІТАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ДИЗАЙНУ
Технологія матеріалів
Виконала: студентка 3 курсу, 1группи
Когуашвілі Юлія
Викладач: Парфьонов Г.П.
Мінськ 2010
Лиття ювелірних виробів
Ювелірні вироби відливають із золотих, платинових і срібних сплавів. Сплави, придатні для виробів, називають ливарними. До них пред'являються особливі вимоги - вони повинні мати гарні ливарні властивості, бути мінімально насиченими газами, що обумовлює їх безпористу, і пластичними. До розряду ливарних можна віднести більшість золотих сплавів 750-ї проби, золоті сплави 583-ої проби з вмістом нікелю і цинку, з серебряномедной лігатурою; платинові сплави 950-ї проби та срібні сплави 916 і 875-й проб.
Отримання ювелірних виробів литтям по виплавлюваних моделях - найпрогресивніший метод, що набув поширення в ювелірній промисловості недавно. Він дав можливість підвищити продуктивність праці, скоротити втрати дорогоцінних металів, а також використовувати на виготовленні складних ювелірних виробів ювелірів середньої кваліфікації, а виробів середньої складності - малокваліфікованих ювелірів. Процес власне лиття виробів і попередні процеси відбуваються у спеціально обладнаних цехах ювелірних підприємств відповідно ливарному та формувальному.
Сучасним обладнанням лиття по виплавлюваних моделях є комплекс, що складається з декількох блоків (установок). У такий комплекс входять: вулканізаційний прес, інжекційний установка, компресор, установка для вібровакуумірованія, плавильно-заливальне установка. Плавильно-заливальні установки бувають двох типів з відцентровою примусової заливанням рідкого металу у форму і вакуумного всмоктування.
Найбільш поширена установка відцентрового лиття.
Сутність процесу полягає у виготовленні виливків заливанням розплавленого металу у тонкостінні, нероз'ємні, разові ливарні форми, виготовлені зі спеціальної вогнетривкої суміші за разовими моделями. Разові виплавлювані моделі виготовляють у прес-формах з модельних складів. Перед заливкою модель видаляється з форми виплавленням, випалюванням і т.д. Для усунення залишків модельного складу та зміцнення форма нагрівається і прожарюється. Заливка здійснюється в розігріті форми для поліпшення наповнюваності.
Основні технологічні операції виготовлення форм і виливків.
Приготування модельного складу.
Виготовлення моделей виливки та елементів литниковой системи або секції моделей.
Складання моделей або секцій моделей в блоки.
Виготовлення ливарної форми.
Підготовка ливарних форм до заливання і заливання металу у гарячу форму.
Затвердіння і охолодження виливка у формі.
Зняття форми з виливки.
Зразок для пресформи виготовляють з недорогоцінних металів (мельхіору, латуні, бронзи) з наступним нікелюванням або родірованіем. Інакше поверхню металу буде пригорати до прес-формі. Лиття у формі неминуче дає ливарну усадку, тому зразок виготовляють з поправкою на усадку, тобто товщину металу роблять у всіх пропорціях «повніше» справжніх розмірів на 5-6%.
Виготовлення гумових прес-форм. В якості сировини для гумових форм використовують сирі гумові суміші. Підготовка гумової суміші полягає в распрессовиваніі в вулканізаційному пресі при температурі не вище 100 ° С протягом 1-1,5 хв. Для цього шматок сирої гумової суміші поміщають між двома сталевими полірованими плитами, змазаними кремнийорганической рідиною щоб уникнути прилипання суміші до металу. Між плит встановлюють обмежувачі, що дозволяють відрегулювати необхідний зазор. Витримавши 1-1,5 хв під тиском верхньої плити, суміш охолоджують під струменем води і відокремлюють від плит. Распрессовивать сиру гумову суміш краще безпосередньо перед виготовленням прес-форм. Для того, щоб фіксувати гумові пластини відносно один одного при складанні у пакет (кілька шарів гуми), виготовляють гумові замки - ребристі з одного боку пластини. Для цього распрессованную сиру гуму вирізують за розмірами прес-форм і очищають ватяним тампоном, змоченим у бензині. Прес-форму протирають кремнийорганической рідиною. Зібраний пакет вміщують у вулканізаційний прес, прогрівають 5 хв, потім протягом 40 хв вулканізіруют під тиском при температурі 140 "С. Після закінчення вулканізації пакет охолоджують під струменем води і з прес-форми витягають гумову пластину.
Для виготовлення роз'ємних прес-форм з распрессованной гуми вирізують пластини за формою і розмірами металевої рами. Пластини очищають бензином і укладають в пачки. Кількість пластин у пачці залежить від товщини моделі. На нижню пачку кладуть гумові замки, зворотна сторона яких зачищена напилком і змочена бензином. Між замками укладають і модель (оригінал). Її розташовують таким чином, щоб замки забезпечували фіксацію однієї половини форми щодо іншої, але не заважали витяганню воскових моделей. Поверхні верхньої та нижньої гумових пачок, звернені до моделі, натирають тальковий пудрою, а по краях майбутнього роз'єму змащують силіконовим маслом. Після накладення верхній пачки на нижню зверху поміщають додаткову плиту, на яку буде чинити тиск плита преса. Зібраний пакет вміщують у металеву раму, вставляють у вулканізаційний прес і притискують верхньою плитою преса. Після того як температура верхньої плити преса досягає 140 - -150 ° С, її опускають до межі, і під її тиском проводиться вулканізація протягом 30-45 хв. Після закінчення цього терміну обігрів вимикають, і раму з прес-формою витягають і охолоджують. Надлишки гуми обрізають і прес-форму роз'єднують за місцем роз'єму і витягають модель. На робочій поверхні прес-форми не повинен бути нерівностей і пошкоджень.
Для виготовлення розрізних прес-форм так само, як і для виготовлення роз'ємних, пластини распрессованной сирої гуми вирізують за формою металевої рами, змочують бензином і укладають в пачки. Товщина пачок, як і для рознімних прес-форм, залежить від висоти моделі.
Модель ювелірного виробу укладають між двома пачками сирої гуми, а порожнини вироби щільно заповнюють шматочками сирої гуми. Зібраний таким чином пакет вкладають в металеву раму і поміщають в вулканізаційний прес. Далі процес пресування і вулканізації протікає аналогічно описаному. Після вилучення прес-форми з рами її розрізають на дві половинки, акуратно підрізаючи лінію роз'єму скальпелем. Лінію розрізу вибирають нерівній (горбистою) для кращої фіксації половинок прес-форм. Щоб вилучити з них складним воскової моделі роблять додаткові прорізи. Якість виготовлення прес-форми визначають за досвідченому відпливу воскової моделі.
Виготовлення воскових моделей. Матеріалом для виплавлюваних моделей служить спеціальний воскової модельний склад, який завантажують у плавильний котел. Кришку котла закривають і притискують гайками. Після чого включається обігрів котла, встановлюється температура (60-70 ° С) для модельного складу і регулюється тиск стисненого повітря в залежності від величини і форми воскової моделі. На робочу частину прес-форми наносять шар тальковий пудри або розпиленого силіконової рідини. Потім прес-форму встановлюють в спеціальне пристосування. Нагрітий до певної температури модельний склад шляхом натискання на сопло подається з котла в прес-форму. Для моделей зі складною конфігурацією і великих плоских моделей склад подається сильним або неодноразовим натисненням.
Половинки гумових прес-форм повинні бути притиснуті один до одного щільно, але не дуже сильно і не дуже слабо. Надмірне стиснення половинок прес-форми перешкоджає виходу з неї повітря і веде до незаповнення моделі, а слабке стиснення веде до переповнення прес-форми. Заповнену модельним складом прес-форму витримують 1-2 хв до її охолодження, після чого з роз'єднаною прес-форми обережно витягають воскову модель.
Для складання моделей в блоки використовують літники - воскові стояки з металевим стрижнем всередині. Їх роблять з відходів модельного складу від виплавки моделей. Воскові відходи розплавляють на піщаній або олійною лазні і заливають у спеціальну форму, в яку заздалегідь вкладений зважений металевий стрижень діаметром 1,5 мм. Після охолодження і вилучення з форми літник піддається ретельному огляду, зачистці (спеціальним шабером) швів, облоя та інших дефектів.
Для складання моделей у блок воскової стояк зміцнюють у спеціальному пристрої. Сплавляючи з'єднувальні частини моделей і стояка тонким лезом електропаяльника, припаюють моделі до стояка. У результаті утворюється блок - «кущ». Кожен блок може налічувати до 60 моделей. Блок встановлюється на гумову підставку (маса підставки, втім, як і інших деталей, фіксується), а потім промивається в 5%-ном розчині сульфанолу або в миючих засобах для синтетичних виробів. Сушать блоки потоком повітря, використовуючи для цієї мети вентилятор, до повного зникнення вологи з поверхні моделей.
Виготовлення ливарних форм. У гумовий циліндр наливають дистильовану воду і встановлюють на вібростолі вакуумної установки. При включеному вібраторі поступово, при безперервному перемішуванні, в циліндр засипають формувальну масу з розрахунку 2,5 год на 1 ч. води. Формувальна маса перемішується з водою 1,5-3 хв, після чого циліндр накривають кришкою і включають вакуумний насос для відсмоктування з циліндра повітря. Вакуум доводиться до 0,8-0,9 ат тиску і суміш вакуумують протягом 5-7 хв. Потім циліндр з вакуумированной масою знімають з вібростоли, а на вібростіл, при помірному вібруванні, поміщають опоку з модельним блоком (опока встановлюється на гумовій підставці). Обережно, щоб не пошкодити блоку моделей, формувальну масу заливають у опоку, закривають кришкою і знову включають відсмоктування повітря. При вакуумі 0,8 - -0,9 ат, як тільки суміш почне розбризкуватися, насос вимикають. Вібрація триває 1-2,5 хв. Через 2 год гумову підставку знімають і сушать на повітрі не менше 6 ч.
Виплавлення воскових моделей. Для виплавлення воскових моделей з форм користуються сушильним шафою, оснащеним термометром і піддоном для збору витопленому воскової маси. Ливарну форму встановлюють в камеру сушильного шафи на грати вниз литниковой чашею і витримують у ній протягом 6 год при температурі 150 ° С, після чого піддають прожаренню.
Прожарювання опоки з ливарної формою. Опоку з ливарної формою встановлюють в нагріту до 100 ° С електричну піч на спеціальні грати вертикально, літником вниз. Нагрівання проводять ступінчасто по заданій програмі до 700 ° С з періодичними витягами після 200 і 400 ° С. Після цього піч вимикають і опока охолоджується разом з піччю до певної температури, при якій опоку переносять в електроплавильних машину для відцентрового лиття. Температура опоки розраховується в залежності від ливарного сплаву за формулою t ° нагріву опоки.
Заливання металу у форми проводиться в спеціальній установці для відцентрового лиття. Для лиття ювелірних виробів використовують установки потужністю близько 13 кВт, ємністю тигля 1,5 кг (для золота). Інтервал регулювання температури 700 ... 1200 ° С і частота обертання плавильного вузла 220 об / хв. Для заливання металу нагрівають тигель установки до 700 ° С і засинають на дно тигля зневоднену борну кислоту як флюс з розрахунку 1,5 ... 2,0% від маси шихти. Потім нагрівають тигель до температури плавлення сплаву і завантажують частинами метал за масою виливки. Розплавлений метал раскисляют цинком для золота і фосфористої міддю для срібла з розрахунку 0,1 ... 0,2% від маси шихти, перемішуючи розплав, надлишок флюсу з поверхні видаляють. Ливарну форму з печі переносять і встановлюють в заливальному вузлі. Машину включають на встановлений час обертання 2 ... 3 хв і виробляють заливку. Зняту з заливального вузла форму охолоджують на повітрі до 60 ... 70 ° С. Відокремлюють блок від формувальної маси легкими ударами молотка по металевій опоке і стрижня блоку. Потім блок очищають жорсткою щіткою. Остаточно очищають виливка від формувальної суміші в 20 ... 40%-ном розчині плавикової кислоти. Після травлення виливки промивають у проточній воді і при необхідності освітлюють в отбела: золото в 10%-ном азотному, срібло - 10%-ном сірчаному. Після промивання і сушіння блок готовий до відділення виливків від литниковой системи.
Відокремлені виливки навіть у тому випадку, коли зроблені але моделі цілого вироби, ще не є готовими. Вони надходять в монтировку для обробки поверхні, підгонки розмірів кілець, складання замкових вузлів у сережках та брошках, припайки вушок кулонів і т. д. і тільки після остаточної монтування готові до закріплення каменів і поліруванню.
Оздоблення та художня обробка ювелірних виробів
Оздоблення та художня обробка ювелірних виробів проводяться для того, щоб підвищити художню цінність і зносостійкість виробів, антикорозійну стійкість їх поверхонь і надати виробам відповідний товарний вигляд. Оздоблювальні процеси можна класифікувати за трьома видами: механічна обробка - полірування, карбування, гравірування; декоративно-захисні покриття - емалювання і чорніння; хімічна обробка - оксидування і гальванізація.
-Полірування
-Чеканка
-Гравірування
-Емалювання
Полірування
Сутність процесу полірування полягає у видаленні з поверхні металу мікронерівностей, чим досягається високий клас чистоти і дзеркальність поверхні. Полірування - один з оздоблювальних процесів обробки виробів. Ювелірні вироби-можуть піддаватися поліруванню перед оксидуванням - покриттям шаром іншого металу. Якщо вироби після складання не можна відполірувати цілком, деякі деталі їх полірують в процесі монтування. В основному застосовуються два види полірування ювелірних виробі: механічні та електрохімічне. Механічним називають поштучне полірування виробів з абразивом і без нього. Масові ж способи полірування - в барабанах та контейнерах, незважаючи на те, що фактично теж механічні, називаються галтовку і віброобробки.
Електрохімічне полірування - це анодне травлення виробів у середовищі електролітів під дією електричного струму, тобто процес, зворотний золоченню і сріблення.
Механічне полірування. Механічне абразивне полірування проводять на полірувальних верстатах з допомогою еластичних кіл і щіток з абразивними пастами, а безабразівние - вручну спеціальними полірування. Для абразивного полірування ювелірних виробів застосовують двошпиндельні верстати, оснащені насадками для кріплення полірувального інструменту і витяжними пристроями зі збірниками відходів для подальшого вилучення дорогоцінних металів.
Для промивання ювелірних виробів сучасні підприємства оснащені ультразвукової установкою, резервуар якої заповнюється миючим розчином наступного складу (г / л): Водний розчин аміаку 25% - ний ........ 40 Мило господарське 70%-ве. 0,5 Час очисного циклу до 3 хв, температура розчину 60 ° С.
Карбування
Карбуванням називають вид художньої обробки металів спеціальними пуансонами - карбували, в результаті якої заготівля приймає рельєфне зображення. Сутність процесу карбування полягає в тому, що в результаті наданого на чекан тиску (ударом молотка) на металі залишається слід за формою робочої частини карбування. Багаторазовими ударами різних чеканів вибивають заданий малюнок. Розрізняють ручну і машинну карбування. Карбування вважається ручний, якщо процес вибивання зображення проводиться вручну. Машинна чеканка - це штамповочна операція, що виробляється на пресах з допомогою штампів. Сучасне обладнання дозволяє отримувати зображення високої якості, тому штампування в значній мірі скоротила застосування ручної карбування у виготовленні ювелірних виробів. І карбування слід розглядати не як вид художнього оформлення, а як самостійний вид виготовлення виробів, що займає велике місце в художній промисловості.
Гравірування
Гравірування - вид художньої обробки виробу, який полягає у вирізуванні малюнка на виробі штихелями. В ювелірній практиці застосовується ручне двомірне (площинне) гравірування, по-іншому - гравірування для вигляду. Ручне гравірування - складний і трудомісткий процес, що вимагає від виконавця великої майстерності, витримки-ки і зосередженості. Гравірування ювелірних виробів виконується за ювелірним верстатом за допомогою граверних пристроїв та інструменту.
Гравірування для виду - поширений вид ручних граверних робіт. Він включає виконання на виробах малюнків та дарчих написів під глянець і під чорніння.
Емалювання
Емалювання - це вид декоративного оздоблення, пов'язаний з покриттям ділянок вироби легкоплавкой склоподібної масою. У виробництві ювелірних виробів з дорогоцінних металів користуються гарячими емалями, тобто тими, які накладаються за допомогою випалу. Крім декоративних якостей емаль володіє прекрасними захисними властивостями завдяки стійкості проти хімічних реагентів. За хімічним складом це - солі кремнієвої кислоти. Компонентами сплаву є: оксиди свинцю, кремнію, калію, барію, натрію, триокиси миш'яку, сурми і окисли фарбувальних металів. Колір емалей може бути самим різним, підганяють його включенням певних речовин. Наприклад: червоні кольори можна отримати включенням оксиду хрому, металевої міді, сполук золота, оксиду заліза; синій і блакитний - оксиду кобальту; зелений - оксиду міді та оксиду хрому; бірюзовий - сполуки оксиду олова з фосфорнокислий міддю, а також металевої міді. Чорний колір отримують додаванням оксиду іридію, оксиду марганцю. Жовтий колір дають оксид хрому, титанова кислота, триокис сурми, з'єднання срібла. Є речовини, які залежно від пропорції надають сплаву абсолютно різне забарвлення. Це: оксид хрому, оксид заліза, металева мідь, оксид марганцю і т. д. Кольорові емалі можуть бути прозорими і непрозорими (глухими). Непрозорість емалей досягається введенням до складу сплаву оксиду олова, триокиси миш'яку, фосфорної кислоти та інших речовин, що заглушують прозорість.
Лиття пластмас під тиском
Методом лиття пластмас у наші дні виробляється більше третини від загального обсягу штучних виробів з полімерних матеріалів, а більше половини номенклатури устаткування, застосовуваного в переробці полімерів, призначене для лиття під тиском. Лиття під тиском є найбільш продуктивним способом виготовлення тонкостінних деталей складної форми з термопластів, тому ідеально відповідає масового виробництва виробів, важливою вимогою до яких є точне відповідність розмірам. При масовому виробництві обов'язково враховують можливість автоматизації процесів, а так само беруть до уваги наявність обладнання, кваліфікацію персоналу тощо
Для лиття використовують сировину у вигляді гранульованих термопластів і термореактивних порошків, які мають широкий діапазон механічних та фізичних властивостей. Важливо відзначити, що виділяють дві основні групи полімерів: термопластичні, ті які після формування виробу зберігають здатність до повторної переробки; термореактивні - переробка яких у вироби супроводжується необоротною хімічною реакцією, що приводить до утворення неплавкого і нерозчинного матеріалу.
Лиття пластмас - комплекс циклічних процесів, що забезпечує отримання виробів з пластмас з заданими властивостями із застосуванням спеціального обладнання. Лиття пластмас під тиском здійснюється на спеціальних інжекційно-ливарних машинах - термопластавтоматах (ТПА). Існує два типи верстатів ТПА
Вертикальні, в яких уприскування матеріалу здійснюється вертикально вниз, а основна площина рознімання прес-форми розташована горизонтально. Вертикальні верстати зазвичай використовуються для виготовлення виробів з закладними елементами.
Горизонтальні, з горизонтальним уприскуванням матеріалу і вертикально розташованої площиною роз'єму форми.
Суть процесу полягає в тому, що розплавлений пластик, що знаходиться в шнеку машини, переміщається під дією поршня через ливникові канали, заповнюючи з високою швидкістю порожнину прес-форми, а потім, остигаючи, утворює виливок.
Відливання утворюється в ливарній формі наступним чином. У рідкому пластиці при високих температурах атоми рухаються безладно. Після заливки у форму він охолоджується і твердне близько центрів кристалізації з утворенням кристалічних граток твердих фаз. Навколо центрів кристалізації відбувається зростання кристалів, спочатку біля стінок форми, а потім всередині тіла виливка. Після кристалізації пластмаси у формі виходить виливок.
У процесі отримання деталі необхідно витримувати температурний і часовий режим. Найбільш важливим є дотримання режиму кристалізації, при якому необхідно витримати температуру і час витримки при даній температурі. В іншому випадку можливі приховані і видимі види браку, які впливають на властивості майбутнього виробу Припустимо, коли після отримання деталі необхідно видалити сліди облоя. Це гострі тонкі залишки пластмаси, які можуть затекти в технологічні зазори прес-форми.
Не менш важливим етапом процесу лиття є вибір оптимального методу переробки та умов його здійснення, розробка рецептури матеріалу (приготування і підготовка до формованию - дозування, сушка, змішання з добавками і фарбниками).
Процесу лиття обов'язково передує етап проектування конструкції виробу і формуючого інструмента (прес-форми), а так само відпрацьовується конструкція деталі на технологічність, враховуються властивості пластика і технологія виготовлення. Конструкція виливки повинна мати ливарні радіуси, ливарні ухили, однакову товщину стінок. Точність розмірів і шорсткість поверхні деталі в більшій мірі повинні відповідати можливостям лиття. Готові деталі мають гладкі поверхні з шорсткістю від 1,25 до 0,08 мкм, точності одержуваних розмірів у межах 10-12-го квалітету точності і майже не вимагають додаткової обробки.
Переваги методу в порівнянні з іншими методами формування виробів з полімерних матеріалів - високі продуктивність і якість виготовлених виробів.
Типовими виробами є:
Упаковка (контейнери, відра, кришки, ковпачки, пробки, дозатори, преформи).
ТНП (тази, вішалки, гачки, совки, одноразовий посуд, CD і DVD бокси).
Канцелярія (лотки, відра, лінійки, підставки).
Медицина (одноразові шприци, пробірки, чашки Петрі, епендорфи).
Харчова промисловість (молочні пляшки, пляшки і баночки для приправ).
Парфумерія та косметика (флакони, тубофлакони)
Фармацевтика (баночки для вітамінів та ліків, ємності для крапель)