Лекция 14

1. Особенности литья ювелирных изделий с камнями.

2. Требования к режимам прокаливания опок и их охлаждению при литье изделий с ювелирными вставками (камнями).

На современном этапе развития ювелирных технологий процесс литья ювелирных изделий с установленными камнями превратился из «ноу-хау», доступного лишь немногим ювелирным производствам, в широко используемую и рентабельную технологию. Однако данная технология имеет ряд специфических особенностей и жестких требований.

Требования к дизайну моделей:

 идеальное качество поверхности модели, особенно в местах крепления камней;

 строгое соблюдение коэффициентов усадки (воска, резины, металла) при разработке;

 надежное крепление ювелирных вставок.

Изготовление мастер-моделей в массовом производстве ювелирных изделий – один из самых ответственных процессов. Ошибки, допущенные на этом этапе, могут привести к серьёзным дефектам изделий, которые сведут на нет рентабельность производства по данной технологии.

Крепление камня должно быть хорошо продумано, и обеспечивать его опору на металл, как минимум, в двух местах, впоследствии окруженных формовочной массой. Крепление должно обеспечивать надежное удержание камня сначала воском, а потом формовочной массой, как минимум, в двух точках, что бы он мог выдержать усадку при прокаливании опоки и литье без расшатывания и смещения. С другой стороны, если камень крепится более чем в двух местах и сидит очень плотно, есть риск его разрушения. Кроме того, конструкция крепления должна обеспечивать равномерный и быстрый отвод тепла от металла через камни по формомассе. Крупные камни иногда растрескиваются оттого, что рундист нагревается быстрее площадки камня.

Если дизайн модели подразумевает использование большого количества камней, то модельеру необходимо предусмотреть зазор между ними порядка 0,1 – 0,5 мм. В противном случае, при охлаждении отлитого изделия, за счет усадки металла, камни сблизятся, что вызовет их растрескивание.

В случае применения крапанового вида закрепки и при условии, что камни будут впоследствии устанавливаться в восковую модель, крапана мастер-модели должны иметь проточенные V-образные канавки для рундиста, чтобы камни можно было надежно «защелкивать» на место с обеспечением надежной фиксации.

Требования к ювелирным вставкам (камням):

 точные размеры, высокое качество машинной огранки;

 отсутствие дефектов и включений;

 стойкость к высоким температурам.

Несоблюдение этих требований может привести к необратимым изменениям: вставки могут потрескаться, помутнеть или поменять цвет.

Наиболее подходящими для этого процесса являются бриллианты, сапфиры, рубины, гранаты и большинство синтетических камней. Возможно использование различных форм огранки и размеров. Но при использовании ювелирных вставок ограненных с острыми углами, такими, как: маркиз, багет и принцесса, следует соблюдать повышенную осторожность, чтобы камни не повредились вследствие усадки металла при охлаждении или от термоудара. Если у вас еще недостаточно опыта, не стоит экспериментировать на дорогих камнях. Это может привести к их необратимому повреждению

Не рекомендуется использовать природные, термочувствительные камни с трещинами и включениями. Для литья с камнями совершенно непригодны: жемчуг, турмалин, опал, топаз, бирюза, изумруд, аметист, аквамарин. Такие камни могут сгореть, растрескаться либо обесцветиться при высоких температурах.

Особых проблем не возникает с бриллиантами, рубинами, сапфирами, гранатами и большинством синтетических камней. Годятся любые формы и размеры. Крупные натуральные камни, в силу их высокой стоимости, для данной технологии не рекомендуются, потому что из-за сиюминутной экономии не стоит рисковать камнем, который может разрушиться. Наиболее рентабелен для литья с камнями кубический цирконий (КЦ) – фианит, его-то чаще всего и используют для этого.

Первым и очень важным этапом является подбор камней по следующим параметрам:

 качество  высшее (без трещин и инклюзий);

 калибровка  наилучшая;

 размеры  точные;

 рундист  ровный.

Камни, отобранные для работы по данной технологии, должны быть высокого качества, без трещин и включений, а также иметь точные геометрические размеры (без существенных отклонений). Искусственные камни  цирконы, фианиты выдерживают прокалку при температурах опок до 730 °С и могут быть отлиты в опоках, заформованных с использованием универсальных формовочных масс высокого качества, например SRS Classic.

Натуральные камни (бриллианты, рубины, сапфиры, гранаты) также можно использовать для данной технологии, однако слишком высокая температура прокалки и воздействие кислорода может приводить к растрескиванию, помутнению, а также смене цвета камней. Добавление борной кислоты в формовочную массу защищает камни от кислорода, но увеличивает вероятность растрескивания. Для литья с натуральными камнями компанией SRS была разработана специальная формовочная масса SRS Stonecast. До настоящего времени эта масса  фактически единственная на рынке формовочная масса, разработанная специально для литья с камнями. Максимальная температура при прокалке опок, сформированных из SRS Stonecast – 630 °С, при этом масса содержит специальные добавки, быстро отводящие тепло от камней при заливке металла, а также защищающие камни от воздействия кислорода

Важным для данной технологии является подбор инжекционного воска и формовочной резины. По данным JEWELRY TECHNOLOGY INSTITUTE (Creazzo-Vicenza Италия), на сегодняшний день только 4 воска из представленных на рынке могут быть непосредственно использованы для закрепки камней в восковую модель, а затем легко вытоплены из опоки. К ним относятся следующие материалы: Ferris Magna Ject, Ferris Plastiject Blue, SRS Blue 866 и SRS Pink 863. Проблема с другими пластичными восками  в том, что содержащиеся в них полимеры затрудняют вытапливание и выжигание углерода, особенно при более низкой температуре прокалки опок, необходимой для натуральных камней.

Изготовление резиновых форм также следует производить более аккуратно. Для ювелира не составляет проблемы учесть усадку 2-5% при изготовлении рядовой резиновой формы. Однако форма с камнями (в мастер-модели при снятии формы в некоторых случаях должны быть закреплены камни) создает дополнительные сложности. Невозможно подобрать камни на 2-5% меньше, чем оригинал. В связи с этим, для литья с камнями резиновые формы изготавливают из безусадочной резины, предпочтительно  прозрачной, например Ласил  Т.

При разрезке резиновой формы, линия разреза ни в коем случае не должна проходить по камням  вся поверхность, замощенная камнями, должна оказаться на одной из сторон резинки целиком. Использование прозрачной резины облегчает этот процесс, а также позволяет изучить заливку воска в форму и подобрать оптимальную систему литников для сложных моделей.

Удаление воска и прокалка опок при литье искусственных камней (с использованием обычной формомассы) практически не отличаются от рядового процесса.

При литье в специализированную формомассу SRS Stonecast, использование паровой системы не рекомендуется  вода вымывает специальные добавки, введенные в массу. Цикл прокалки существенно отличается от традиционного. Следует строго следовать инструкции производителя.

Елки, содержащие изделия с камнями, категорически нельзя отмывать в воде до их полного остывания это может привести к растрескиванию камней. Остывшую опоку аккуратно отбивают молотком, а затем отмывают в водоструйной мойке. Возможна обработка в специальных растворах для удаления формовочной массы. Рекомендуется производить отмывку елок с камнями в отдельной емкости с ситом для захвата камней, выпавших из изделий вследствие неправильной посадки.

Допускается отмывка изделий в ультразвуковой мойке с подогревом до 60 °С.

Из всех способов галтования для изделий с камнями допускается только электромагнитная галтовка.

При размещении восковок на елке, в самый верхний и в самый нижний ряд помещают изделия без камней.

При расчете массы металла, из массы восковок следует вычитать вес камней.

Диаметр литников при литье с камнями должен быть больше чем диаметр литников в аналогичных изделиях, отливаемых без камней. Камни охлаждают расплавленный металл быстрее, чем формовочная масса, и это может привести к возникновению усадочной пористости или недозаливке.

При посадке камней в воск можно пользоваться восковым карандашом с подогревом для погружения камня в восковую модель. Перегрев камня  недопустим, так как расплавленный воск в этом случае может образовать пленку на поверхности камня, на месте которой при заливке металла образуется наплыв металла или окрашенная пленка.

Для литья с камнями используются желтое, зеленое, красное, розовое, палладиевое белое золото 585 пробы, а также серебро 975 пробы. Никелевое белое золото  более проблематично в связи со слишком быстрым застыванием сплава. Желтое, зеленое и белое золото 750 пробы отливают на небольших блоках в связи с тем, что высокое содержание золота ускоряет кристаллизацию сплава. В любом случае для любых сплавов высота блока не должна превышать 229 мм.

Вторичный металл после литья с камнями не следует смешивать с обычным вторичным металлом. В связи с более низкой температурой обжига опок, золотые славы загрязняются быстрее и могут потребовать аффинажной очистки раньше, чем отходы обычного литья

Форма камней и дизайн модели.

Следует использовать модели, специально предназначенные для посадки камней на воск. Форма камней и дизайн модели являются едва ли не важнейшими факторами для успешного литья с камнями. Камни с острыми углами, вроде маркизы, багета и принцессы, требуют специальной обработки, чтоб не раскололись от усадки металла при охлаждении или от скачкообразного термоудара. Художнику следует учесть усадку металла и предусмотреть достаточное пространство между камнями. Они должны сидеть довольно близко друг к другу, но не соприкасаться. При охлаждении металла камни сближаются, и какой-то из них может треснуть по рундисту, если тот соприкасается с воском.

Для более прочной закрепки камней художник должен также заранее подготовить (вырезать) для них место. Ему следует предусмотреть пазы для рундиста, которые нужно будет прорезать в модели так, чтобы потом, когда инжектированный воск будет из формы удален, камни прочно держались бы на местах натяжением воска. Определенное количество камней необходимо разместить по верху и по низу формомассы, чтобы при заливке металла она прочно держала их. Кроме того, конструкция должна быть такой, чтобы тепло от металла через камни равномерно и быстро распределялось по формомассе. Некоторые крупные камни иногда трескаются оттого, что рундист нагревается быстрее таблетки.

Если вы берете готовый дизайн (копируете имеющиеся модели), не забывайте о коэффициенте усадки. Например, если в готовом дизайне использованы камни диаметром 1,50 мм, то мы рекомендуем вам брать камни меньшего диаметра. Усадка пресс-формы и золота даст давление на камни, из-за чего они могут треснуть.

В дизайне, предназначенном для посадки камней в воск, поддержка камней формомассой должна быть предусмотрена не менее, чем с двух сторон. К. Ц. должны прочно сидеть на местах, дабы выдержать процесс формования, отжига и литья и не «разболтаться». Лучше всего крепить камень по рундисту, как по самой надежной и прочной части. Но с другой стороны, если камень крепится более, чем в двух местах и сидит слишком плотно, есть риск, что его попросту разорвет.

Литейное оборудование.

Принципиальных ограничений по использованию литейного оборудования нет  опытный литейщик может отливать изделия, как на вакуумной, так и на центробежной литейной установке.

Однако следует учесть некоторые моменты. При центробежном литье могут возникнуть трудности. Удар горячего расплава металла в камни, характерный для центробежной заливки, может их повредить. Металл может затечь в полости, образованные мельчайшим остатком воска, выгоревшего на камнях, что приводит к образованию пленки на поверхности камней. Во избежание таких проблем, восковки припаивают к елке так, чтобы металл попадал в них обратным током, т. е. «ветками» вниз.

При вакуумном литье таких проблем не возникает. Однако увеличивается вероятность недозаливки металла. Это связано в первую очередь с тем, что камни, находящиеся в опоке, остужают металл быстрее, чем пористая формовочная масса. Оптимальная литейная установка  с подачей давления поверх вакуума. Разность давлений 2  3 атмосферы позволяет избежать проблем, присущих как вакуумным литье без давления, так и центробежными установками. Температура заливки металла подбирается минимальной из диапазона проливаемости данного сплава. Поэтому рекомендуется использовать оборудование с погрешностью измерения температуры металла не ниже °С. Наиболее подходящими литейными установками для литья с камнями считаются так называемые установки «нового поколения»  вакуумные системы с контролируемым давлением поверх вакуума и инертной средой, а также точностью измерения температуры °С, например J-Series Neutec/USA.

Изготовление мастер-моделей также имеет особенности. При некоторых видах закрепки камни устанавливаются непосредственно в резиновую форму, а затем инжектируется воск. Во всех остальных случаях необходимо учитывать, что после вытопки воска камень должен удерживаться в опоке формовочной массой до момента заливки металла. Если посмотреть на изделие с камнем, то легко понять, что все открытые пространства вокруг камня заполнены формовочной массой в тот момент, когда модель находится в опоке. Продуманное расположение этих открытых пространств и полостей позволяет удержать камень в опоке в тот момент, когда воск уже вытоплен. При плотной посадке камней (багет, паве) следует учитывать фактор усадки и не располагать камни в модели слишком близко друг к другу  камни могут треснуть при тесном прижатии в момент застывания металла.

Подготовка формы.

Изготовление модели. Существуют два способа:

 закрепка камней в восковку. Камни можно ставить по отдельности в каждую восковку. Затем эти восковки закрепляются на елочке. В этой процедуре существенное значение имеет тип воска, чтобы камень садился на место без затруднений и прочно;

 закрепка камня в пресс-форму и инжектирование воска вокруг камней. Это возможно лишь с определенным дизайном. Модели устанавливаются уже с камнем до того, как будет изготовлена пресс-форма, благодаря чему в ней остается свободное место для камней и воска, инжектируемого вокруг. Этот метод не очень широко распространен из-за проблем вскипания воска и центровки установленных камней.

Расстановка камней. Расстояние между камнями должно быть достаточным. Это особенно важно при закрепке, например, багетов в канал. Если камни расставить неправильно, они могут растрескаться.

Формование.

Камни следует предварительно очистить. Использовать следует только рекомендованную (гипсовую) формомассу.

Перед сборкой елочки, тщательно проверьте каждую восковку  может понадобиться подправить или перецентровать камни. Пользуйтесь этим моментом для всяких поправок, в металле уже ничего не переменишь.

Борная кислота  для литья с КЦ пользовать ею не следует. Бриллиантам она не дает окисляться во время отжига, а вот КЦ она категорически не рекомендуется, поскольку может обесцветить их.

Прокалка опок.

Закончив формовку опок, оставьте их на два часа для схватывания. Опока должна обязательно схватиться, иначе формомасса при обжиге растрескается, отчего и будущая отливка станет шероховатой.

При выборе режима обжига решающим фактором является термочувствительность камней. КЦ низких температур не требуют, они выдерживают до 730 °C.

При литье с камнями чрезвычайно важны температурный режим и тщательная обработка прокалочной печи. Именно эта процедура может вызвать большинство проблем, если не соблюдены самые оптимальные критерии. Из-за слишком высокой температуры камни могут подгореть или обесцветиться. Перед обжигом проверьте, хорошо ли отградуирована ваша печь. Она должна прогреваться равномерно, чтобы так же равномерно прогревались и опоки. Загрязнения, имеющиеся в печи, также могут привести к обесцвечиванию камней. Во избежание термоударов, температуру в печи рекомендуется увеличивать плавно, пока она не достигнет 730 °C.

Не перегружайте печь опоками, приоткрытая дверь нарушает температурный режим и может привести к дефектам.

Недостаток вентиляции в печи при обжиге может вызвать пожелтение К. Ц. То же самое может случиться и при загрязнении печи некоторыми газами, высвобождающимися при процессе.

Охлаждение опок после литья.

Не погружайте в воду еще горячие опоки. Горячие отливки с КЦ, брошенные в холодную воду, могут не выдержать термоудара и растрескаться.

Удаление формомассы с елочки.

Самая трудная часть процесса литья с камнями. Вынув елочку из опоки, вы можете большую часть формомассы выбить, постукивая молотком по заглушке центрального литника. Оставшуюся формомассу можно удалить струей воды и промывкой отливок с КЦ в специальном растворе. Для удаления частиц формомассы из труднодоступных мест можно использовать ультразвуковую установку.

Финишная обработка отливок с камнями.

В начале убедитесь, что абразивные материалы не поцарапают и не повредят камень

Чтобы получить качественную отливку с камнями, посаженными на воск, необходимо соблюсти следующие условия:

 камни должны быть тщательно подобраны;

 форма должна хорошо заполняться;

 термоудар должен быть сведен до минимума;

 поток металла должен контролироваться.

Проблемы, которые в основном возникают при литье с камнями, очевидны:

1) выбор камней, пригодных для данной технологии;

2) длительное и опасное для камней воздействие высокой температуры и кислорода на камни в процессе прокалки опок;

3) правильный подбор материалов (формовочная масса, воск, модельная резина) для литья;

4) гидродинамический и термический удар, приходящийся на камни при заливке металла в опоку;

5) особенности изготовления мастер-моделей;

6) очистка отлитого блока от формовочной массы;

7) финишная обработка.

В настоящее время все эти проблемы в основном нашли свое решение. Литье с камнями стало одной из самых распространенных в США технологий, для массового производства изделий с бриллиантами, рубинами, сапфирами и пр. Выставка «Базель-2001» показала существенно возросший интерес к этой технологии в Европе и, в частности, в России.