Задания

Разработать технологический процесс изготовления проволоки при различных размерах изделия и заготовки (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Варианты заданий

Номер варианта	Диаметр слитка, мм	Диаметр контейнера, мм	Длина заготовки, мм	Диаметр матрицы, мм	Диаметр готового изделия, мм	Металл
1	40	43	60	4,0	0,8	золото
2	45	47	65	4,8	1,0	золото
3	50	53	70	5,0	1,2	золото
4	60	63	80	5,5	1,3	серебро
5	70	73	90	5,8	1,5	серебро
6	50	53	70	3,8	0,6	серебро
7	40	43	60	2,8	0,3	золото
8	45	47	65	5,5	0,6	золото
9	60	63	70	5,0	1,0	серебро
10	65	67	75	5,4	1,2	серебро
11	70	73	90	5,8	0,9	золото
12	40	43	60	3,0	0,5	золото
13	50	53	70	4,0	1,1	серебро
14	70	73	90	6,0	1,4	серебро
15	60	63	75	5,8	1,3	золото

В расчетах принять значения сопротивления деформации для серебра – 20 МПа; для золота – 30 МПа.

6. Проектирование технологии изготовления ювелирного изделия «кольцо»

Производство ювелирных изделий во всех странах осуществляется двумя способами: вручную (индивидуально) и с применением специального оборудования и промышленных технологий (серийно). Большая часть всех выпускаемых изделий изготавливается серийным способом [14].

При индивидуальном изготовлении ювелирных изделий (иногда этот способ называется авторским, дизайнерским или эксклюзивным) каждая отдельная деталь (шинка, каст, верхушка, рант, замок, крючок, петля и т.д.) исполняется вручную. Исходными данными при этом являются авторская или дизайнерская мысль, задумка, воплощенная затем в чертеже или рисунке. Производится описание размера, формы, массы изделия и формы, и размера вставки. Разметка производится на материале для изготовления. Ювелир в процессе изготовления изделий не использует машины, он применяет лишь определенный набор ручного ювелирного инструмента и не сложных приспособлений (надфили, штихели, ригели, молотки, лобзик, шабер и т.д.) Способ индивидуального изготовления изделий предоставляет ювелиру широкие возможности фантазировать, выдумывать, экспериментировать буквально во всем: в выборе материала для изготовления и конструктивного решения, в формообразовании моделей, в определении средств декора и дизайна. Изделия индивидуального назначения – это изделия самого высокого качества. Необходимо однако, отметить, что в наши дни индивидуальный способ нельзя назвать полностью ручным, поскольку ювелиры используют полуфабрикаты: изготовленные прокаткой, волочением, штамповкой, литьем заготовки, в виде (различного профиля) проволоки, полос, шайб и т.д.

При серийном производстве используется новейшее высокоэффективное оборудование и приспособления, усовершенствованные технологии, способствующие повышению производительности труда, его интенсификации. Продукт труда ювелиров (ювелирные изделия) не являются плодом усилия только одного человека, а воплощает в себе одновременно итог работы людей нескольких специальностей: художника, модельера, литейщика, штамповщика, монтировщика, закрепщика, шлифовальщика - полировщика. С внедрением в производство таких технологических процессов, например, как штамповка и литье, которые позволили производителям расходовать на изготовление ювелирных изделий значительно меньше времени, труда и денег, ювелирные украшения стали выпускаться большими партиями и приобретать характер все более массового назначения. В изготовление каждого конкретного изделия вкладывается все больше и больше машинного труда и все меньше ручного, индивидуального.

На предприятиях ювелирной промышленности в основном используется серийный способ изготовления ювелирных изделий. При серийном производстве партии заготовок определенных изделий (колец, кулонов, брошей и т.д.) поступают на стол ювелира-монтировщика в виде отдельных и почти готовых деталей, штампованных или литых: кастов, рантов, шинок, накладок, крючков, флажков (стоек), замков, зажимов, игл, верхушек. Ювелиры – монтировщики дорабатывают эти детали, задают им требуемую точность размеров, собирают, монтируют в узлы и изделия.

Для получения ювелирных изделий методом литья по выплавляемым моделям, например, обручального кольца, используются следующие технологические переделы.

1. Изготовление мастер – модели.

Процесс тиражирования методом литья по выплавляемым моделям начинается с изготовления мастер – модели. Мастер – модель является прототипом будущих изделий. Мастер – модель изготавливается тремя способами:

- из специального модельного воска вручную;

- из золота или серебра вручную (как при индивидуальном производстве);

- на специализированном оборудовании (гравировально - фрезерных станках или аппаратах прототипирования).

Мастер – модель изготавливают с учетом объемной усадки эластомеров в процессе вулканизации, модельного состава в процессе затвердевания и жидкого металла в процессе охлаждения отливки. Объемная усадка импортной резины составляет 9,5%, модельного состава - в среднем 1,8-2,8 %. Усадка жидкого металла для каждого сплава дана в справочной литературе и в среднем составляет 5-6 %.

При этом необходимо отметить, что от качества мастер – модели зависит качество последующих изделий. Поверхность тщательно обрабатывают и полируют, т.к. все дефекты будут переноситься на отливки.

2. Изготовление резиновой пресс-формы

Для воспроизведения оригинальной модели в нескольких экземплярах резина является идеальным материалом. На практике это осуществляется путем вулканизации сырой резины с металлическим эталоном внутри массы резины.

Свойства резиновой пресс – формы: прочность, эластичность, стойкость к термоокислительному старению, адгезия к модельному составу и т.д. – определяется составом эластомера и режимом вулканизации. Резина поставляется в сыром (не вулканизированном) состоянии в виде листов толщиной от 5 до 30 мм, от которого отрезают куски нужного размера. От сортности и качества резины зависит коэффициент усадки: чем резина плотнее, тем меньше она сжимается при вулканизации.

Процесс изготовления пресс-формы заключается в следующем

Прежде всего, следует подобрать для изделия не только подходящую резину, но и подходящий способ извлечения модели из вулканизированной пресс – формы. Необходимо подобрать соответствующую размерам модели алюминиевую рамку. С внутренней стороны к стенке рамки приклеивается латунный конус. Рамка устанавливается на алюминиевую пластину (рамка и пластина припыляется тальком), затем резина нарезается и укладывается слоями в рамку чуть выше, чем до половины.

Модель с припаянным литником помещается в рамку поверх слоев резины так, чтобы конец литника был вставлен в отверстие конуса. Затем рамку плотно заполняют листами резины так, чтобы количество слоев резины сверху и снизу было одинаковым. Необходимо сделать пометку, где находится лицевая сторона модели (это нужно для правильной разрезки резиновой пресс – формы). Затем рамка накрывается второй пластиной и ставится в вулканизатор (параметры необходимые для вулканизации температура и время указываются на упаковке резины).

Вулканизатор – это электроприбор с двумя нагреваемыми плитами, прижимаемыми друг к другу с помощью винтового пресса. После вулканизации резиновая пресс – форма остужается под проточной водой. Особое внимание следует уделить разрезанию резины, т.к. от качества резки напрямую зависит легкость извлечения восковки из пресс – форм.

3. Изготовление выплавляемых моделей и монтаж блок – модели.

Выплавляемые модели изготавливают путем запрессовки расплавленного модельного состава (воска) в полость резиновой пресс – формы. Физико-химические свойства модельных составов и шероховатость поверхности выплавляемых моделей определяют качество изготовленных отливок. Для изготовления выплавляемых моделей используется специальный инжектор, который позволяет автоматически поддерживать необходимую температуру воска и давление инжекции. Полученные восковки дорабатывают и припаивают термошпателем к восковому стояку, закрепленному в резиновом основании дна опоки (башмаке). При этом необходимо отметить, что чем легче восковка, тем выше она должна располагаться на «елке» относительно более тяжелой восковки.

4. Изготовление литейных форм и подготовка их к заливке.

При изготовлении ювелирных литейных форм - монолитов применяются жидкие самотвердеющие формовочные смеси (кристобалито-гипсовые смеси К – 90, «Суперкаст», «Сатинкас» и т.д.), которые состоят в разных пропорциях из оксида кремния (SiO₂) в виде кварца или кристобалита и гипса в виде полугидрата (2Ca₈O₄×H₂O). Формовочная смесь должны обладать следующими свойствами: текучестью, прочностью в сыром и обожженном состоянии, термостойкостью, газопроницаемостью, огнеупорностью, выбиваемостью, инертность, инертностью с заливаемыми сплавами и т.д.

При изготовлении ювелирных литейных форм-монолитов, как правило, на резиновое основание закрепленной на нем блок – моделью устанавливают опоку. В качестве опоки используют цилиндр из нержавеющей стали диаметром 50-225 мм и высотой 100-300 мм в зависимости от размера блок- модели. Цилиндр может быть перфорирован. Опоку заливают подготовленной формо-массой и помещают в вибровакуумную установку для уплотнения формо - массы и удаления из нее пузырьков воздуха и производят вибровакуумирование при давлении 1,3 кПа в течении 120-180 с. После затвердевания формы производится вытопка из нее воска в печи для вытопки воска или в прокалочной печи. Прокалка форм производится в прокалочной печи по режимам, рекомендованным для применяемых смесей. Неправильный режим прокалки ведет к образованию трещин.

Обычно прокаливание литейных форм осуществляется в прокалочных печах (муфельных) по следующему режиму:

- нагрев от 20 до 150°С- 30 мин, с выдержкой при 150°С– 3 часа;

- нагрев от 150 до 300ºС – 2 часа, с выдержкой при 300°С – 2 часа

- нагрев о т 300 до 750°С - 3 часа, с выдержкой при 750°С - 3 аса

Охлаждение прокаленных форм до температуры заливки 400- 650°С проводят со скоростью не выше 0,03 град/с.

5. Плавка металла, заливка и выбивка литейных форм, разборка блок - отливки

В основном плавка золота и серебра производится в индукционных печах в среде защитного газа аргона. Для осуществления процесса предварительно взвешенные компоненты сплава помещаются в тигель. Затем производится нагрев до температуры плавления. Во время плавки сплав тщательно перемешивается (кварцевой палочкой), после полного расплавления производится раскисление фосфористой медью МФ9 (0,1% от массы метала). Выдержка жидкого металла после раскисления составляет 120-180 с. Непосредственно перед заливкой литейной формы снимают шлак, и металл тщательно перемешивают. Опока достается из муфельной печи и устанавливается в агрегате вакуумного всасывания. После чего включается разрежение и производится заливка металла. При этом необходимо отметить, что заливка должна производится достаточно быстро и равномерно.

Для устранения формовочной смеси чуть остывшую опоку (после кристаллизации отливки, это можно определить по появлению металлического звучания при постукивании щипцами по прибыльной части) погружают в бак с холодной водой, после размягчения формо - массы отливка вынимается из опоки. Остатки формовочной смеси отбиваются в водоструйном агрегате. Затем отливка отбеливается, для чего ее помещают в подогретый раствор лимонной кислоты. После растворения окалины и остатков флюса отливка промывается под проточной водой и сушится.

Разборка блок – отливки производится специальными усиленными кусачками или лобзиком.

6. Пайка

При пайке металлические детали соединяются посредством припоя - связующего сплава, который, нагреваясь и становясь жидким, растекается как по капиллярам между спаиваемыми деталями и образует прочное неразъемное соединение. Для облегчения процесса пайки применяются флюсовые добавки. Место пайки должно быть нагрето до рабочей температуры припоя, т. е. до температуры, когда припой расплавляется и заполняет шов соединения, причем эта температура должна быть ниже температуры солидуса соединяемых металлов, иначе они тоже могут расплавиться. Практика показывает, что рабочая температура мягких припоев ниже 350°С, а твердых — выше 650°С. Температура же действия флюса должна быть ниже рабочей температуры припоя.

Ниже приведен пример проектирования технологического процесса изготовления обручального кольца индивидуальным методом.

Расчет технологии начинается с определения длины заготовки, которую вычисляют по формуле

l=πD_ср,

где D_ср- средний диаметр кольца.

Зная внутренний диаметр и толщину Н кольца, легко рассчитать внешний диаметр кольца

D_внеш = D_внутр + 2H,

где D_внутр – внутренний диаметр кольца.

Далее рассчитывают средний диаметр заготовки

D_ср=( D_внутр+D_ср)/2.

После этого находят расчетную длину заготовки.

Для изготовления кольца индивидуальным методом следует выполнить следующие виды работ.

1. Подготовить рабочее место (верстак), выполнить эскиз (рисунок, чертеж) кольца с указанием необходимых размеров: толщины, ширины, диаметра.

2. Сделать навеску:

- шихты (серебра и меди);

- раскислителя (фосфористая медь МФ9 0,01% от массы шихты).

3. Подготовить изложницу, для чего необходимо прогреть ее горелкой и смазать воском ее внутреннюю часть.

4. В шамотный тигель поместить шихту и расплавить ее горелкой. После того, как металл расплавится добавить раскислитель и выдержать 1 минуту (выдержка необходима для полного устранения фосфора). Произвести отливку.

5. Полученный слиток протравить в подогретом растворе лимонной кислоты.

6. Слиток прокатать в профильных валках до заготовки квадратного сечения со стороной, равной ширине кольца, а затем эту заготовку прокатать в сегментальном калибре до толщины кольца.

7. Отметить чертилкой на заготовке длину развертки кольца с учетом припуска на обработку (1 мм).

8. Отпилить требуемую заготовку.

9. Свернуть заготовку (методом гибки) в кольцо и подогнать до очень плотного прилегания (сфуговать).

10. Плотно подогнанные концы кольца пропилить для осуществления более качественной припасовки и получения плотного (с очень малым зазором) шва, тем самым, исключив операцию опиливания концов шинки.

11. Нарезать припой на небольшие кусочки (партинки) соразмерно припасованному шву.

12. Офлюсовать кольцо. Флюс для серебряных сплавов имеет следующий состав: раствор буры с борной кислотой в соотношении 2:1.

13. Произвести пайку, для чего кольцо помещается на огнеупорную подставку (леткал), и прогревается горелкой, припойная партинка сплавляется в шарик и ухватывается подавалкой (заостренная палочка из титана или нихрома). Паять следует следующим образом: сначала прогреть всю поверхность кольца (до вишневого цвета), а затее место спая до малинового цвета, подать припой, и продолжать греть пока припой полностью не заполнит место пайки. При этом необходимо учитывать, что припой перемещается туда, где меньше окисление и выше температура.

14. Отбелить заготовку в подогретом растворе лимонной кислоты.

15. Промыть кольцо под проточной водой и просушить.

16. Опилить место пайки.

17. Откалибровать (поправить) кольцо (с помощью молотка) по внутреннему диаметру на ригеле;

18. Править на флакейзине (наковальне) боковые поверхности кольца;

19. Отшлифовать и провести галтовку кольца.

20. Полировать сначала на муслиновом диске с применением полировальной пасты, а затем - на мягком полировальном круге (пушке).

21. Отмыть в ультразвуковой ванне.

22. Подготовить к гальваническому покрытию, для чего необходимо прокипятить 2 мин. в 20% растворе серной кислоты, промыть под проточной водой, затее прокипятить 2 мин. в щелочном растворе, промыть под проточной водой и прокипятить 2 мин. в дистиллированной воде.

23. Родировать кольцо.

24. Промыть кольцо под проточной водой и высушить.

25. Заполнить технологическую карту

Технологический процесс изготовления обручального кольца серийным методом с использованием способа литья по выплавляемым моделям состоит из следующих этапов.

1. Изготовить восковку для этого в заранее подготовленную пресс – форму необходимо инжектировать воск. После затвердевания воска примерно через 1 мин. модель необходимо извлечь из резиновой пресс – формы и взвесить.

2. Произвести навеску шихты (серебра, меди) и раскислителя (фосфористая медь МФ9). Для определения необходимого количества металла вес восковки умножается на 11 (приблизительная плотность серебряного сплава) и прибавляется 10 - 20гр. (на прибыльную часть).

3. Произвести формовку.

4. Прокалить опоку в муфельной печи.

5. Произвести плавку металла в индукционной печи в среде инертного газа аргона. В тигель поместить серебро и медь, а после их полного расплавления добавить раскислитель. Выдержать расплав 1 минуту.

6. Опоку щипцами достать из муфельной печи и поместить в вакуумную установку.

7. Произвести заливку металла.

8. После того как металл закристаллизуется (это можно проверить, постукивая щипцами по прибыльной части до появления металлического звука), поместить опоку в бак с водой.

9. В водоструйном агрегате отбить остатки формомассы.

10. Отбелить елку в подогретом растворе лимонной кислоты.

11. Промыть кольцо под проточной водой и высушить.

12. Отпилить лобзиком кольцо от литника.

13. Откалибровать (поправить) кольцо (с помощью молотка) по внутреннему диаметру на ригеле.

14. Править на флакейзине (наковальне) боковые поверхности кольца.

15. Произвести галтовку и отполировать кольцо.

16. Отмыть в ультразвуковой ванне.

17. Подготовить к гальваническому покрытию, для чего необходимо прокипятить 2 мин. в 20% растворе серной кислоты, промыть под проточной водой, затее прокипятить 2 мин. в щелочном растворе, промыть под проточной водой и прокипятить 2 мин. в дистиллированной воде.

18. Родировать кольцо.

19. Промыть кольцо под проточной водой и высушить.

20. Заполнить технологическую карту.