CN105945226B - 一种制作金属花丝制品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新的制作金属花丝制品的方法,包括:制作花丝制品模型;将花丝制品模型放入石膏浆中,石膏硬化;将花丝制品模型通过溶解、熔融、或气化的方法去除,在石膏中形成空洞,制成石膏模;将金属在流体状态注入石膏模中;金属固化后去除石膏,获得所述花丝制品。本发明方法能够制作低厚度、大体积金属花丝制品,可以满足大曲率曲面、大高低落差面、内口角等复杂结构金属花丝制品的制造。

Description

一种制作金属花丝制品的方法
技术领域
本发明涉及一种金属花丝制品的制作方法,尤其涉及一种石膏膜铸造法制作金属花丝制品的方法。
背景技术
花丝制品作为一种装饰品具有悠久的历史,传统手工制作方法效率低下、金属损耗巨大。近年来出现了一种压铸法制作花丝的方法,将金属融化后在几百吨压力下进行压铸,完成完整的花丝制品。但是该方法并不成熟,对压铸设备具有较高的要求,成本太高。
另外一种方法是石膏模铸造方法制作花丝制品,用手工将石蜡做出花丝制品所需造型,然后放入石膏浆中,石膏凝固后,高温将石蜡融化,去除石蜡后制成石膏模,石膏模中形成花丝制品形状的空洞,将金属在液态条件下压入石膏模的空洞中,冷却,将石膏敲碎,获得花丝制品。
但是这种情况下,由于石蜡容易断裂,石蜡做出的造型非常粗糙,不像手工制作的花丝那么精细;而且由于花丝制品结构复杂,单条花丝较细,花丝线条高低落差大、扭转曲面较多等原因,制造模型模具也是一大难点;另外,该方法不适于制作较细的金属花丝,因为敲碎石膏的过程中,常常会将金属花丝打断,成品率较低。
另外,现有技术无法制作大体积的金属花丝制品,通常是通过制作小件然后进行拼接的方法获得大体积金属花丝制品。
发明内容
针对目前石膏膜铸造法的一些缺陷,本发明提供了一种新的制作金属花丝制品的方法。
本发明所述的制造金属花丝制品的方法,包括:
制作花丝制品模型;
将花丝制品模型放入石膏浆中,石膏硬化;
将花丝制品模型通过溶解、熔融、或气化的方法去除,在石膏中形成空洞,制成石膏模;
将金属在流体状态注入石膏模中;
金属固化后去除石膏,获得所述花丝制品。
在本发明的一种优选实施例中,制作花丝制品模型过程中,首先通过计算机建模获得花丝制品的3D模型,根据所述3D模型制作模型模具,将模型材料注入模型模具中,模型材料固化后获得花丝制品模型。
在一种更优选实施例中,所述计算机建模方法包括:将金色花丝制品进行3D扫描,得到3D图像,然后计算机建模。
在本发明的一种优选实施例中,所述模型模具可以是胶模、锡模、铝模、钢模、以及其他金属、合金、和/或非金属模具中的任意一种或几种。
其中,所述模型模具可以是开模、分块模、抽芯模、以及本领域已知的其他模具中的任意一种或几种。
在本发明的一种优选实施例中,所述模型材料优选为能够在≤300℃温度下熔融或气化的材料,更优选为20-500℃、更优选为25-400℃、更优选为25-350℃、更优选为30-300℃、更优选为30-280℃、更优选为30-250℃、更优选为35-200℃、如38℃、40℃、50℃、60℃、100℃、150℃、180℃温度下能够熔融或气化的材料。
在一种更优选实施例中,所述模型材料可以是铸造用蜡、水溶蜡、铸造用树脂等材料中的一种或几种。
其中,所述模型材料注入模型模具中,模具内保持压力范围在0.1-2MPa,优选为0.2-1.5MPa,优选为0.3-1.3MPa,优选为0.5-1MPa,如0.6MPa、0.8MPa等。
在一种更优选实施例中,所述模型材料注入时,可以是液态或液固态混合物的形式。
其中,在注入模型材料之前,所述模具内表面涂覆有脱模剂。
其中,所述脱模剂可以是通过喷涂、刷涂、辊涂、浸涂、淋涂等方式进行涂覆。
在本发明一种优选实施例中,所述石膏浆优选为由石膏与水以重量比(20-80)︰1、优选为(22-70)︰1、更优选为(25-65)︰1、更优选为(28-60)︰1、更优选为(30-50)︰1、如35︰1、38︰1、40︰1、45︰1混合制备。
其中,所述石膏浆机进行排气处理,并优选为在负压条件下进行排气,其中,所述负压条件的真空度优选为-0.1至-0.01MPa,优选为-0.09至-0.05MPa,-0.1至-0.07MPa,如-0.1MPa、-0.09MPa。
在本发明的一种优选实施例中,“将花丝制品模型置入石膏浆”过程中,可以是将花丝制品放入石膏浆内,也可以是将石膏浆倒入到放置花丝模型的容器内,均在本发明所述“将花丝制品模型置入石膏浆”的范围内。
在更优选实施例中,所述排气可以是在“将花丝制品模型置入石膏浆”之前、过程中、之后的任意一个或多个时间点和/或时间段进行。
在一种优选实施例中,“石膏硬化”优选为通过加热烧结来实现,并优选为采用逐步升温的方法进行加热。
其中,优选地,当模型材料通过熔融方式去情况下,所述加热烧结的最高温度高于模型材料的熔融或气化温度,并优选为高于模型材料熔融或气化温度至少250℃、更优选为至少300℃、更优选为至少350℃、更优选为至少400℃、更优选为250-700℃、如650℃、600℃、550℃、500℃、400℃。
在更优选实施例中,所述加热烧结升温曲线优选为:
①90-150(优选为100-130、更优选为110-120)分钟从常温加热至第一温度,第一温度优选为100-180℃、更优选为120-170℃、更优选为150-160℃,
②90-150(优选为100-130、更优选为110-120)分钟从第一温度加热至第二温度,第二温度优选为250-360℃、更优选为280-340℃、更优选为300-320℃,
③90-150(优选为100-130、更优选为110-120)分钟从第二温度加热至第三温度,第三温度优选为550-630℃、更优选为570-610℃、更优选为580-600℃,
④180-300(优选为200-280、更优选为240-260)分钟从第三温度加热至第四温度,第四温度优选为650-800℃、更优选为720-770℃、更优选为730-750℃,更优选为690-710℃,
⑤20-45(优选为25-40、更优选为30-35)分钟由第四温度降至第五温度,第五温度为660-750℃、优选为680-730℃,更优选地在第五温度下维持至少45分钟、优选为至少50分钟、更优选为至少60分钟。
在更优选实施例中,所述加热烧结升温曲线优选为:
①180-300(优选为200-280、更优选为240-260)分钟从常温加热至第一温度,第一温度优选为200-300℃、更优选为220-270℃、更优选为230-250℃,
②240-480(优选为300-450、更优选为360-400)分钟从第一温度加热至第二温度,第二温度优选为650-800℃、更优选为720-770℃、更优选为730-750℃,更优选为690-710℃,
③20-45(优选为25-40、更优选为30-35)分钟由第四温度降至第五温度,第五温度为660-750℃、优选为680-730℃,更优选地在第五温度下维持至少45分钟、优选为至少50分钟、更优选为至少60分钟。
在更优选实施例中,所述加热烧结升温曲线优选为:
①20-90(优选为30-80,优选为45-60)分钟从常温加热至第一温度,并保温至少45(优选为45-90,优选为60-75)分钟,第一温度为120-150℃,优选为130-140℃,
②20-90(优选为30-80,优选为45-60)分钟从第一温度加热至第二温度,并保温至少45(优选为45-90,优选为60-75)分钟,第二温度为150-200℃,优选为160-180℃,
③20-90(优选为30-80,优选为45-60)分钟从第二温度加热至第三温度,并保温至少45(优选为45-90,优选为60-75)分钟,第三温度为220-300℃,优选为250-280℃,
④20-90(优选为30-80,优选为45-60)分钟从第三温度加热至第四温度,并保温至少45(优选为45-90,优选为60-75)分钟,第四温度为360-480℃,优选为400-450℃,
⑤20-90(优选为30-80,优选为45-60)分钟从第四温度加热至第五温度,并保温至少45(优选为45-90,优选为60-75)分钟,第五温度为550-670℃,优选为600-650℃,
⑥20-90(优选为30-80,优选为45-60)分钟从第五温度加热至第六温度,并保温至少90(优选为100-150,优选为120-135)分钟,第六温度为700-800℃,优选为730-780℃,优选为750-760℃,
⑦20-45(优选为25-40,优选为30-35)分钟从第六温度降温至第七温度,第七温度为650-750℃,优选为680-730℃,优选为700-720℃。
在本发明一种优选实施例中,所述金属以熔融状态注入到石膏模中。
在本发明一种优选实施例中,在负压条件下,将金属注入石膏模中。其中,所述负压真空度优选为-0.1至-0.01MPa,优选为-0.1至-0.05MPa,-0.1至-0.07MPa,如-0.1MPa、-0.09MPa。
在本发明一种优选实施例中,在正压条件下,将金属注入石膏模中。其中所述正压力优选为0.1至1MPa,优选为0.2至0.6MPa,更有选为0.25至0.3MPa。
在本发明的更优选实施例中,金属注入石膏模的过程,在保护气环境下进行。其中,所述保护气可以是任意不与所注入金属发生化学反应的气体,可以是单质气体或混合气体,并优选为氢气、氮气、氩气、氦气、压缩空气或其他惰性气体。
在本发明的一种优选实施例中,所述金属注入石膏模后,冷却至A温度,A温度低于金属固化温度(熔点)0-300℃,更优选为10-250℃,更优选为50-200℃,更优选为100-150℃,至金属固化。
其中,冷却至A温度可以是在空气中冷却,或者在A温度环境下冷却。
在本发明一种优选实施例中,所述去除石膏的方法为:金属固化后,将石膏模:A)置于B温度的冷却剂中冷却,B温度低于金属固化温度至少500℃,优选为至少700℃,如800℃、1100℃、1200℃等,或B)采用与A)相同冷却速度的方式进行冷却,使石膏由于热胀冷缩碎裂。
本发明所述金属花丝制品优选为贵金属花丝制品,进一步地所述金属花丝制品优选为金花丝制品、银花丝制品或其他贵金属材料的花丝制品。
本发明方法至少具有如下有益效果:
1、能够提高金属花丝制品的成品率,花丝制品模型可批量生产,制作成本低;
2、能够制作低厚度、大体积金属花丝制品,可以满足大曲率曲面、大高低落差面、内口角等复杂结构金属花丝制品的制造;
3、无需传统手工花丝制品制作过程中的焊药,可制得高纯度贵金属花丝制品。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进一步阐述
实施例中未注明条件者均按照常规条件或制造厂商建议的条件进行,所用试剂或仪器均为可通过市购获得的常规产品。
实施例一:一种纯银花丝制品的制造工艺
步骤1,设计人员直接通过计算机3D建模,得到3D模型。其中3D模型均包括总长度、宽度、高度;各线条长度、宽度、高度、角度、曲率半径;尺寸比例、表面积、体积等数据。
步骤2,根据所述3D模型制作铝制的分块(滑块)模型模具,将模型模具安装于注料机中。
步骤3,将铸造用蜡熔化成液态,引入注料机中注入所述模型模具,从而形成完整的花丝制品蜡质模型。模型材料经注料机注入模型模具时应将模型模具以0.4MPa压力缩紧,并在模型模具内表面喷涂脱模剂。
步骤4,进行石膏模铸造
所述花丝制品模型按设计图纸连接支流道、主流道、浇冒口等铸造结构。
1)所述花丝制品模型置于石膏模铸造所用钢模框中,将石膏粉与水以重量比40︰1的比例搅拌均匀,并于真空机中以-0.1MPa排除石膏浆料中的空气。将排气完毕的石膏浆料倒入前述内置花丝制品模型的钢模框中,随后将注有石膏浆料的钢模框于真空机中以-0.1MPa排除石膏浆料中的空气。最终将注有石膏浆料的钢模框置于常温空气中静止固化。
2)将1)中所述已固化的注有石膏浆料的钢模框放入电炉中,以如下温度曲线加热烧结制得石膏模:
常温至150℃,120分钟;150℃至300℃,120分钟;300℃至600℃,120分钟;600℃至730℃,240分钟;730℃降温至710℃,30分钟。
高温条件下,铸造用蜡熔融流出,在石膏模中形成花丝制品形状的空洞。
3)将2)中所述烧结完的石膏模,放入铸造机中保温710℃进行铸造。铸造过程中石膏模下部保持-0.1MPa的真空度,入料口上部冲入0.1MPa压力的氮气,随后在石膏模注料口倒入熔化成液态的金属。金属的熔化方式采用传统融化方法:根据所需金属用量,取适量金属在加热炉中按常规铸造工艺进行熔化,待金属完全溶化后,除渣、除气、精炼。金属的熔化温度根据金属花丝制品的结构需求设定,本实施例中,金属银的融化温度为1200℃。
4)将3)中所述倒入液态金属的石膏模在室温空气中冷却,冷却至900℃,金属银固化。随后将石膏模放入水中,石膏在水与内部金属高温差、以及极速冷却下碎裂,得到金属花丝制品半成品。将金属花丝制品半成品进行去冒口、去流道、修毛刺、精加工、少量机加工、表面处理等步骤制成金属花丝制品成品。
实施例二:一种纯银花丝制品的制造工艺
步骤1,3D扫描已制备的金属花丝制品,获得3D图形,设计人员根据该3D图形通过计算机3D建模,得到3D模型。其中3D模型均包括总长度、宽度、高度;各线条长度、宽度、高度、角度、曲率半径;尺寸比例、表面积、体积等数据。
步骤2,根据所述3D模型制作塑胶制的对开模型模具,将模型模具安装于注料机中。
步骤3,将水溶蜡熔化成液态,引入注料机中注入所述模型模具,从而形成完整的花丝制品蜡质模型。模型材料经注料机注入模型模具时应将模型模具以0.4MPa压力缩紧,并在模型模具内表面喷涂脱模剂。
步骤4,进行石膏模铸造
所述花丝制品模型按设计图纸连接支流道、主流道、浇冒口等铸造结构。
1)所述花丝制品模型置于石膏模铸造所用钢模框中,将石膏粉与水以重量比40︰1的比例搅拌均匀,并于真空机中以-0.1MPa排除石膏浆料中的空气。将排气完毕的石膏浆料倒入前述内置花丝制品模型的钢模框中,随后将注有石膏浆料的钢模框于真空机中以-0.1MPa排除石膏浆料中的空气。最终将注有石膏浆料的钢模框置于常温空气中静止固化。
2)将1)中所述已固化的注有石膏浆料的钢模框放入电炉中,以如下温度曲线加热烧结制得石膏模:
常温至150℃,120分钟;150℃至300℃,120分钟;300℃至600℃,120分钟;600℃至730℃,240分钟;730℃降温至710℃,30分钟。
用水将未彻底去除的水溶性蜡清洗干净。干燥。
3)将2)中所述烧结完的石膏模,放入铸造机中保温710℃进行铸造。铸造过程中石膏模下部保持-0.1MPa的真空度,入料口上部冲入0.1MPa压力的氮气,随后在石膏模注料口倒入熔化成液态的金属。金属的熔化方式采用传统融化方法:根据所需金属用量,取适量金属在加热炉中按常规铸造工艺进行熔化,待金属完全溶化后,除渣、除气、精炼。金属的熔化温度根据金属花丝制品的结构需求设定,本实施例中,金属金的融化温度为1350℃。
4)将3)中所述倒入液态金属的石膏模在室温空气中冷却,冷却至950℃,金属金固化。随后将石膏模放入水中,石膏在水与内部金属高温差、以及极速冷却下碎裂,得到金属花丝制品半成品。将金属花丝制品半成品进行去冒口、去流道、修毛刺、精加工、少量机加工、表面处理等步骤制成金属花丝制品成品。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述,但其只是作为范例,本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言,任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此,在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改,都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种制作金属花丝制品的方法,其特征在于,包括:
制作花丝制品模型;
将花丝制品模型放入石膏浆中,石膏硬化;
将花丝制品模型通过溶解、熔融或气化的方法去除,在石膏中形成空洞,制成石膏模;
将金属在流体状态注入石膏模中;
所述金属注入石膏模后,冷却至A温度,A温度低于金属固化温度0-300℃;金属固化后,将石膏模:
置于B温度的冷却剂中冷却,B温度低于金属固化温度至少500℃;
使石膏由于热胀冷缩碎裂去除,获得所述花丝制品。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,制作花丝制品模型过程中,首先通过计算机建模获得花丝制品的3D模型,根据所述3D模型制作模型模具,将模型材料注入模型模具中,模型材料固化后获得花丝制品模型。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述计算机建模方法包括:将金色花丝制品进行3D扫描,得到3D图像,然后计算机建模。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述模型材料为能够在≤300℃温度下熔融或气化的材料。
5.根据权利要求1或4所述的方法,其特征在于,所述模型材料为铸造用蜡或铸造用树脂。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述石膏浆由石膏与水以重量比(20-80)︰1混合制备。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述石膏硬化通过加热烧结来实现。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述加热烧结升温曲线选自:
A:
①90-150分钟从常温加热至第一温度,第一温度为100-180℃,
②90-150分钟从第一温度加热至第二温度,第二温度为250-360℃,
③90-150分钟从第二温度加热至第三温度,第三温度为550-630℃,
④180-300分钟从第三温度加热至第四温度,第四温度为720-770℃,
⑤20-45分钟从第四温度降温至第五温度,第五温度为680-730℃;
B:
①20-90分钟从常温加热至第一温度,并保温至少45分钟,第一温度为120-150℃,
②20-90分钟从第一温度加热至第二温度,并保温至少45分钟,第二温度为150-200℃,
③20-90分钟从第二温度加热至第三温度,并保温至少45分钟,第三温度为220-300℃,
④20-90分钟从第三温度加热至第四温度,并保温至少45分钟,第四温度为360-480℃,
⑤20-90分钟从第四温度加热至第五温度,并保温至少45分钟,第五温度为550-670℃,
⑥20-90分钟从第五温度加热至第六温度,并保温至少90分钟,第六温度为700-800℃,
⑦20-45分钟从第六温度降温至第七温度,第七温度为680-730℃。
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