Перед посадкой камня в восковую модель, производится тщательный контроль качества восковых моделей на отсутствие дефекта. Особое внимание уделяется кастам, т.к. после заливки металла невозможно будет обработать эти места. Закрепка камня в воск производится вручную с использованием пинцетов и заостренных шпателей. После посадки камней может потребоваться дополнительная коррекция их положения по высоте и зазоров между ними (рис. 2).

Рис. 2 Схематичное изображение положений камня в касте: а) камень посажен криво, б) камень выпирает из каста, в) камень утоплен в касте, г) камень стоит ровно

Для технологии литья с камнями наиболее рентабельными являются синтетические камни - фианиты (в европейской терминологии - кубический цирконий). Так же пригодны бриллианты, рубины, сапфиры, гранаты. Камни должны иметь высокое качество, наилучшую калибровку и точные размеры. Кроме того, фианиты должны быть предварительно подвергнуты термической обработке.

Изготовление модельного блока

· 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.

3 - требования к восковым моделям.

· идеальная поверхность восковой модели

· точная и надежная закрепка ювелирных вставок

Есть два варианта получения восковых моделей для литья с закрепленными камнями.

I. Установка камней в готовую восковую модель, полученную инжекцией воска в резиновую пресс-форму. На этом этапе необходимо проводить тщательный контроль качества восковых моделей на отсутствие дефектов. Перед установкой ювелирных вставок в восковую модель нужно тщательно проверить оправу камня, крапана. Эти участки практически невозможно будет обработать после заливки металла.

Воск для моделей должен обладать хорошей "памятью", быть достаточно жестким и иметь минимальную зольность. Применение обычного воска, не обладающего достаточной памятью, часто приводит к неплотной посадке камней и проблемам литья.

При установке камней в готовую восковую модель необходимо соблюдать осторожность: даже небольшой дефект будет неисправим после отливки в металле. Для установки возможно использование ручных пинцетов и заостренных шпателей. Для достаточно крупных камней может применяться разогретый термошпатель. Он нагревает камень и слегка размягчает воск, облегчая установку в оправу. Идеальным инструментом для этого процесса может послужить аппарат для моделирования по воску воздушной струёй Daisy AP02.

При установке камней может потребоваться небольшая дополнительная коррекция их положения по высоте и зазоров между ними, примерно 0,1-0,5 мм. Особенно это важно при рельсовой закрепке.

II. Установка ювелирных вставок в резиновую пресс-форму. Этот способ подразумевает изготовление резиновых пресс-форм с мастер-моделей с установленными камнями. Впоследствии в такую резиновую пресс-форму вставляются камни, и инжектируется воск. Основными недостатками этого способа являются:

· очень высокие требования к центровке камней,

· на камне может образоваться практически невидимая плёнка воска, которая в последствии превратится в очень тонкий слой металла, который, практически, невозможно будет удалить.

Для того чтобы свести к минимуму количество бракованных восковых моделей рекомендуется применять современные вакуумные инжекторы. В таких инжекторах, как Yasui D-VWI, используется передовая технология двойного впрыска воска. Она предотвращает появление такого часто встречающегося дефекта модели как усадка. Высокая точность температуры инжекции обеспечивает стабильное заполнение резиновой пресс-формы воском.

Не рекомендуется использовать тальк для отделения восковых моделей, так как это значительно снижает качество готовых изделий.

4 - Формование опок для литья с камнями

К процессу формования опок для литья с камнями предъявляются следующие требования:

· точное следование инструкциям производителя формовочной смеси

· идеальная чистота елки, обработка специальными растворами

· корректное подведение литниковых каналов при сборке восковой елки

При сборке восковой елки следует учитывать, что закрепленные ювелирные вставки лучше проводят тепло, чем окружающая формовочная масса, что вызывает более быструю кристаллизацию металла изделия в части оправы камня. Соответственно, эта область наиболее подвержена дефектам, связанным с усадкой металла. Но эту проблему можно решить, изменив систему литниковых каналов к изделию и увеличив их диаметр. Пред заполнением опок формовочной массой следует обязательно обработать восковую елку специальным раствором для очистки поверхности и снятия статического напряжения воска.

При использовании формовочной массы, специально разработанной для литья с камнями, требуется особо четкое соблюдение инструкций и рекомендаций производителя по работе с ней. Кроме этого, выбор формовочной массы зависит от типа применяемых ювелирных вставок.

Во время проведения самого процесса смешивания и заполнения опок формовочной массой необходимо произвести качественную дегазацию смеси вакуумом, для удаления даже ничтожно малых пузырьков воздуха с поверхности восковых моделей и особенно - с участков оправы камней. Эти места практически не поддаются обработке после литья.

Наиболее оптимальным решением в данном случае является использование вакуумных смесителей формовочной массы. Эти машины позволяют произвести весь процесс смешивания компонентов и разливки готовой смеси по опокам в вакууме. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяют вакуумные смесители формовочной массы производства немецкой фирмы Vetter Technik. Эти смесители позволяют качественно промешать и идеально дегазировать формовочную смесь. Модельный ряд смесителей этого производителя позволяет удовлетворить потребности производства любого масштаба: от небольшой мастерской до завода.

5 - Прокаливание опок с установленными камнями.

К процессу прокаливания опок для литья с камнями предъявляются следующие требования:

· точное следование инструкциям производителя формовочной смеси при работе с ней

· поддержание точных температур прокалки опок

· равномерный нагрев опок

· достаточная вентиляция рабочей камеры муфельной печи

Выдержав необходимое время после формования опок можно переходить к циклу прокаливания. Циклы прокаливания опок напрямую зависят от используемой формовочной массы. Для удаления воска из опок возможно применение специальной установки, где воск расплавляется и вытекает из опоки под действием водяного пара, но в данном случае необходимо соблюдать повышенную осторожность, так как даже небольшая передержка опок может привести к эрозии формовочной массы. Так же возможно использование "сухого" процесса удаления воска в муфельной печи. Единственным условием является то, что расплавленный воск должен покидать рабочую камеру печи и не загрязнять её продуктами горения. График прокаливания опок может быть разным в зависимости от марки формовочной массы. В любом случае, лучшим решением будет как можно более четкое выполнение рекомендаций производителя формовочной массы. Именно при прокаливании опок с установленными ювелирными вставками следует очень внимательно следить за точностью температуры в муфельной печи. При литье с фианитами небольшая погрешность может не сказаться на качестве конечного изделия, но при использовании цветных или природных камней это может привести к их обесцвечиванию или разрушению.

Во время нагрева опок не рекомендуется открывать дверь, так как это может стать причиной термоудара, который так же может разрушить камни и повредить сами опоки. То же самое касается и момента, когда вы извлекаете опоки для литья. Наиболее оптимальным в этом случае будет использование муфельной печи с поворотным столом для равномерного нагрева опок и с узкой дверкой для минимальных потерь тепла при открывании. В печи должна быть предусмотрена система удаления воска из рабочей камеры перед основным циклом прокалки опок, так как это может привести к углеродному засорению опок при горении воска и последующим дефектам отливок. Наиболее полно эти требования учтены при создании муфельных печей с поворотным столом производства фирмы Yasui. Модельный ряд представлен тремя печами серии RBF. Одна для прокалки опок для литья платины и две печи разного объема - для прокалки "золотых" опок. Эти печи, помимо технологических преимуществ, имеют еще ряд эксплуатационных. Например, автоматическая дверь, которая легко открывается-закрывается нажатием педали, а так же камера дожига газов, предотвращающая выбросы вредных газов в атмосферу.

6 - Цикл литья для опок с установленными камнями

Данный этап является наиболее ответственным, так как успех литья будет зависеть от точности соблюдения технологии на всех предыдущих этапах (формовка, прокалка) и от технологичности используемого для литья оборудования. Именно поэтому литьевые машины должны соответствовать следующим требованиям:

· точное поддержание заданной температуры

· минимальное падение температуры металла от тигля до опоки

· контролируемая скорость заливки

Наиболее оптимальным является оборудование для донного литья под действием вакуума и избыточного давления. Конечно, возможно использование литьевых машин и с центробежным способом разливки, но эти машины не обеспечивают равномерного потока металла, и вызванная им турбулентность может сместить и нанести установленным камням непоправимый ущерб. Кроме этого, в большинстве центробежных машин для определения температуры используется оптический пирометр с достаточно большой погрешностью.

Не менее важную роль играет применяемый металл, не зависимо от того какую литьевую машину вы используете. Желательно, чтобы это был уже готовый гранулированный сплав. Это позволит очистить его от излишних оксидов и остатков химреактивов, обеспечит качественное перемешивание его компонентов и позволит залить его в опоку при более низких температурах.

Наилучшие результаты литья были получены на современных литьевых машинах с точным температурным контролем и качественным вакуумом. В настоящее время существуют литьевые машины, которые позволяют добиться разницы давления нужного уровня. Некоторые модели характеризуются подачей избыточного давления, которое обеспечивает отличное заполнение при литье на низких температурах.

Наиболее сложным для отливки с камнями являются сплавы белого золота на основе никеля. Эти сплавы обладают достаточно высокими температурами литья и быстрее затвердевают, чем обычное красное золото. Следовательно, возникает больше проблем при литье. В белом золоте более часто встречается усадочная пористость из-за быстрого охлаждения на участках рядом с оправой камня. Именно по этому для таких сплавов рекомендуется использование самых передовых технологий литья, воплощенных в литьевых машинах Yasui VPC-K2 и K3.

Машины Yasui VPC-K2 позволяют создать разницу давления до 4 атмосфер. Специальная запатентованная форма тигля позволяет расплавленному металлу попасть в опоку на 40% быстрее, чем при использовании стандартной формы тигля машин донного литья. Функция слабого вакуумирования расплава, убирающая газ, растворенный по объему расплавленного металла, и последующая подача давления аргона до 3 атмосфер, обеспечивают более плотную структуру отлитых изделий. Эти особенности дают возможность отлить метал при минимальных температурах, а оператор может полностью контролировать заполнение опоки. Также заполнение металлом тонких деталей оправы камня, например крапанов, значительно упрощено за счет применения легкого инертного газа гелия. Он же обеспечивает идеальную защиту металла и графитового тигля.

В любом случае лучше предварительно провести несколько пробных отливок для определения устойчивости ваших ювелирных вставок к обесцвечиванию и растрескиванию при работе на имеющемся у вас оборудовании.

7 - Охлаждение и размывка опок с установленными камнями

Отлитые опоки ни в коем случае нельзя подвергать размывке ранее, чем через 2-3 часа, до полного остывания, в противном случае возможно полное разрушение камней за счет термоудара.

Однако, столь продолжительный период охлаждения опок, используемых для отливки с камнями в восковой форме, может вызывать повышенную твердость в сплавах белого золота. Если металл слишком долго находится при температуре от 260 до 426°С. Поэтому имеет смысл использовать сплавы белого золота с небольшим содержанием никеля.

Очистка отлитых елочек одна из самых трудных операций процесса литья с камнями. Основную часть формовочной массы можно отбить, постукивая молотком по прибыли центрального литника. Окончательную очистку можно провести струей воды под высоким давлением, используя водоструйную камеру и после промыть в ультразвуковой ванне. Так же возможно применение специальных растворов для удаления огнеупорной смеси. Но перед тем как помещать в них отливки, всегда предварительно проверяйте химическую стойкость ювелирных вставок к этим растворам.

После очистки елочки и перед началом процесса конечной обработки необходимо хорошо проверить отливки на предмет плохо закрепленных камней или их смещения. Если вы заметили отсутствие каких-либо камней, проверьте контейнер, в котором была разбита опока, именно там могут оказаться недостающие камни.

После отделения изделий от центрального литника и опиливания можно переходить к заключительному этапу - финишной обработке.

8 - Финишная обработка изделий с установленными камнями

Для ускорения процесса и повышения качества шлифовки и полировки, а так же для увеличения производительности, в первую очередь, необходимо использовать галтовочные машины, для которых следует подбирать оптимальный комплект абразивных наполнителей с учетом твердости используемых для литья ювелирных вставок. Также необходимо отслеживать состояние оправы камней, чтобы не допустить их чрезмерного износа и повреждения.

Предварительно может потребоваться обработка труднодоступных мест изделия, особенно оправы камня, электрохимическим способом или магнитными иголками. Магнитная галтовка более предпочтительна, так как использование химполировки может оказать агрессивное воздействие на тонкие участки отливки, крапаны, за счет чего крепление камней может быть ослаблено.

Механическая обработка

Рис. 4 Вибро-вакуумный смеситель формовочных смесей, KWS Germany

литье ювелирное изделие камень

Проблемы литья с камнями