资深饰品专家罗来寿：论金属失蜡铸造工艺学

（课程讲师：罗来寿  联系电话：13616896637 微信同号）

（本课程以不锈钢材质为例，除部分工艺环节，与铜银材质通用）

失蜡铸造的工艺特点

如果要讨论金属失蜡铸造工艺，我们必须深入具体的探讨有关铸造工序和其它相关的影响因素。

金属失蜡铸造的技术要求非常高。因为不锈钢的熔点非常高，钢液易氧化、钢水的流动性特别差、收缩大，其体收缩率为6～10%，线收缩为1.8～2.5%。为防止铸钢件产生浇注不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹等缺陷，必须采取比其它贵金属铸造更复杂的工艺措施：

1、由于钢液的流动性差，为防止铸钢件产生冷隔和浇注不足，浇注系统的结构力求简单，并且适当提高浇注温度，一般为1520°～1600℃，因为浇注温度高，钢水的过热度大、保持液态的时间长，流动性可得到改善。但是浇温过高，会引起晶粒粗大、热裂、气孔以及产生氧化等缺陷。

2、由于不锈钢铸造的技术难度大，为防止铸件出现缩孔、缩松缺陷，在铸造工艺上的水口按排技巧很有讲究，大都采用加粗水口、多水口和补贴等措施，以实现顺序凝固。

失蜡铸造的优点

铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。

1）  适应范围广。铸造法几乎不受铸件大小、厚薄和形状复杂程度的限制，最适合生产形状复杂，特别是内腔复杂的零部件。

2）  铸造法能采用的材料广，几乎凡能熔化成液态的合金材料均可用于铸造。铸造是惟一可行的成形工艺 。

3）  铸件具有一定的尺寸精度。一般情况下，比普通冲压件、线割件以及车机件成形尺寸精确。

4）  成本低廉、综合经济性能好、能源、材料消耗及成本为其它金属成形方法所不及。

成本低廉的原因是：①生产方式灵活 , 批量生产可组织机械化生产。 ②可大量利用边角余料、废旧金属材料和再生资源。③与冲压相比，其动力消耗小。④有一定的尺寸精度， 使加工余量小，节约加工工时和金属材料。

浇铸系统设计

根据其它金属倒模铸造的某些特点，在设计不锈钢铸造浇注系统时须注意以下几点：在液体金属充型时，型腔里的气体要能顺利排除，其流向应尽可能与液流方向一致，顺利的将气体挤向浇注口或出气冒口；此外，应注意使液体金属在充型时流动平稳，不产生涡流，不冲击型壁或型芯，更不可产生飞溅。
   失蜡铸造制作流程

失蜡铸造俗称倒模，是目前不锈钢铸造生产的重要手段。

（1）压制胶模

压制胶模的注意事项及过程：

1)压模框和生胶片要清洁，不要用手直接接触生胶片的表面。

2)保证原版和橡胶之间不会粘连，应优先使用银版，铜板应先镀银。

3)确定适当的硫化温度和时间，两者基本上符合一个函数关系，与胶模的厚度，长宽及原版的复杂程度有关。通常将压模温度定为150度左右，如果胶模厚度在3层（约10mm），一般硫化时间为20－25分钟，如果是4层（约13mm），则硫化时间可为30－35分钟。依次类推。同时硫化温度与原版的复杂程度也有关系，如原版复杂，细小，应降低硫化温度，延长硫化时间。

4)压模时要保证原版和生胶片之间没有缝隙。采用塞、缠、补的方式将首版上的空隙位、凹位和镶石位等填满，用碎小的胶粒填满，用尖锐物质（如镊子）压紧。

5)先行预热。硫化时间到了以后迅速取出胶模，压好的胶模要求整体不变形、光滑、水线不歪斜，最好使其自然冷却到不烫手时，就可以趁热用锋利的手术刀进行开胶模的操作。

（2）开胶模和注蜡模

1）开胶模：

开胶模的技术要求很高。因为开胶模的好坏直接影响到蜡模以及金属毛坯的质量。开胶模的工具比较简单有手术刀，镊子，剪刀，尖嘴钳等。胶模通常采用四脚定位法，也就是说。开出的胶模有四个脚互相吻合固定，四脚之间的部分有采用直线切割的，也有采用曲线切割的。开好的胶模要注意检查，胶模内不能有任何缺陷如明显的破花，缺角，粘连等，这些都有可能造成蜡模的缺陷，因此对这些缺陷部位应进行修补，如切开未切的位置，用焊蜡器焊补破花，缺角的地方等。

2）注蜡模：

胶模开好后就可以进行注蜡操作了。注蜡操作应注意对蜡温，压力以及胶膜的压紧等因素的掌握。

注蜡机中的加热器和感温器能够使蜡液达到并保持一定的温度，通常注蜡机中蜡的温度应该保持在70—75度之间，这样的温度能够保证蜡液的流动性。如果温度过低，蜡液不易注满蜡模，造成蜡模的残缺；反之蜡液温度过高，又会导致蜡液从蜡模缝隙处溢出或从注蜡口溢出，容易形成飞边、气泡或烫伤手指。注蜡机筒内的压力是由外接气泵提供的，蜡样平面较多、形状简单的用0.5—0.8kg/cm气压。蜡样壁较薄，镶石位多及空隙位窄细的用1.0—2.0 kg/cm。唧蜡时间为：大件蜡样4秒钟，细件蜡样2秒钟。

注蜡之前，首先应该打开胶模，检查胶模的完好性和清洁性。如果是使用过的胶模，就应该向胶模中尤其是开头比较细小复杂的位置喷洒脱蜡剂（也可撒少量滑石粉），以利于取出蜡模。脱蜡剂和滑石粉不可同时使用，滑石粉不可用的太多，以免造成蜡托表面粗糙。拍一次石粉可起3—6个蜡件。然后要预热注蜡机，打开气泵，调整好压力和温度。

注蜡时，开动真空泵，检查蜡的温度是否在70—75度之间，检查气压和根据胶模内蜡件复杂程度调好注蜡时间，然后用双手将夹板中的胶模夹紧，注意手指的分布应该使胶模受压均匀；将胶模水口对准注蜡嘴平行推行，顶牢注蜡嘴后双手不动，用脚轻轻踏合注蜡开关并随即松开，当注蜡机的指示灯由黄色变为红色，再变成绿色，表示注蜡过程已结束，可将胶模从蜡嘴旁移开。按注蜡的先后顺序放好胶模，当连续注好6—7个胶模后，即可打开第一个胶模（如果胶模有底，应该首先将模底拉出），取出蜡模，依次类推。取模是要注意手法，避免蜡件折断和变形，蜡模取出后仔细检查，如果出现缺边、断爪、变形、严重飞边或多个气泡等问题，这样的蜡模就属于废品。如果是一些很细小的缺陷，则应该进行蜡模的修整。

①注蜡材料：蓝色的模型石蜡，融化温度在60℃左右，注蜡温度在65℃左右。

②注蜡工具：注蜡机，有风压式和真空式两种。真空式能先将胶膜抽真空，再向胶膜注蜡；风压式直接向胶膜注蜡。

3）修整蜡模和种蜡树

修整蜡模：一般情况下，注蜡后取出的蜡模或多或少存在一些问题。对于飞边，多重边，夹痕，花头不清晰或搭边等缺陷可以用手术刀片修光；对于砂眼，断爪可以用焊蜡器进行补焊；小孔不通的可以用焊针穿透；对于蜡模的变形可以在40－50℃的热水中校正。如果手寸不对，要在修蜡时直接改指圈。

种蜡树：将制作好的蜡模按照一定的顺序，用焊蜡器沿圆周方向依次分层地焊接在一根蜡棒上，最终得到一棵形状酷似大树的蜡树。

种蜡树的第一步就是将蜡棒头部蘸一些融化的蜡液，趁热插入底盘的凹孔中；

第二步，逐层将蜡模焊接在蜡棒上。一般从蜡棒头部开始，这种从上向下的方法可以防止融化的蜡液滴落在焊好的蜡模上，避免不必要的返工。

种蜡树的基本要求是蜡模要排列有序，蜡件与蜡棒构成45°夹角最便于浇铸，之间既不能接触，又要尽量多的将蜡模焊在蜡树上，以满足批量生产的需要。

蜡模常见问题与解决方法

（3）灌石膏和烘焙石膏

灌石膏：将种好的蜡树连底盘一起套上不锈钢筒；将相应重量的石膏粉和水搅拌成石膏浆，进行第一次抽真空后，将石膏浆沿钢铃的内壁缓缓注入，切忌将石膏浆直接倒在蜡树上。直至石膏浆没过蜡树约1cm,进行第二次抽真空。随后自然放置12－24小时以保证石膏的凝固。

烘焙石膏：石膏模的烘焙是保证浇铸正常进行的重要工序，他的作用主要是脱蜡，干燥和浇铸保温。

一般情况，脱蜡温度为0－250℃，保温时间为1.5--2小时；干燥温度为250－600℃，保温时间为2－3小时；中途升温为600--900℃，保温时间为2－3小时；浇铸温度为900－1000℃，保温时间为2－4小时。

一般的烘焙过程是：首先将电炉预热到起始温度，将石膏模水口向下放入炉中，以方便蜡液流出蒸发。在起始恒温区恒温一小时后，在以1－2小时的间隔逐步升温和恒温。注意升温（或降温）速度应保持在100－200℃／小时，否则升温过快易形成石膏模的裂纹，严重的可能造成石膏模损坏或报废。升温过慢又容易造成遗蜡或石膏模干燥不彻底，影响铸件质量。石膏模的烘焙时间主要取决于钢树的大小和复杂程度，可根据具体情况进行调整。

（4）熔钢和浇铸

不锈钢熔炼不仅仅是单纯的熔化，还包括冶炼过程，使浇进铸型的金属，在温度、化学成分和纯净度方面都符合预期要求。为此，在熔炼过程中要进行以控制质量为目的的检测过程，液态金属的纯净度必须符合浇注要求后方能允许浇注。在石膏模的烘焙接近尾声时，开始熔化不锈钢并保持熔融状态。待石膏模保温完毕，将不锈钢液体从水口注入，完成浇铸。

（5）石膏模的炸洗，清洗及剪锯毛坯

浇铸后的石膏模处于高温状态，从浇铸机中取出后自然放置30－60分钟，再放入冷水中进行炸洗。

石膏由于收缩作用炸裂后，取出钢树，用钢刷刷去大块的石膏，用高压清洗喷枪喷洗钢树，除去剩余的石膏，直至钢树表面干净，将钢树上的配件沿水口底部剪下或用切割机切下，放在滚筒里滚光20—30分钟取出，清洗干净电解即可交付入库或进行下道工序。

（6）执模及镶嵌

执摸工艺，是指失蜡铸造之后，镶嵌之前的工艺环节。由于铸造产生的缩孔和变形，铸模的外表通常会有沙眼，披峰，重边，凹陷甚至断裂等问题，需要进行修补和校正。通常的工艺顺序是：整形--磨水口--检查并补焊裂缝、沙眼--校正形状--打砂纸（或胶轮）。

（7）抛光

抛光，这是表面处理工艺最重要的环节，是生产中举足轻重的工序，抛光后的产品表面应光亮无比，给人以光彩夺目的美感，只有达到镜面闪亮发光的效果才能吸引顾客的目光。

抛光是将表面磨平擦亮的总称。抛光只有在表面的划痕、毛刺、毛边等完全被打磨之后才能进行。

打磨和抛光通常用的是“紫蜡”和“青蜡”。“紫蜡”是一种较粗的研磨剂，能很快将砂纸磨痕或小的划痕去掉，如果使用正确，能将金属表面研磨得十分光洁，但还缺一点亮度。“青蜡”能将金属抛出亮光，它的作用就只是擦亮，实际上通过高速摩擦所产生的热，能使金属表面变软并填充最细微的划痕，达到非常平整的程度，从而有闪亮的效果。

抛光工艺的操作方法：

①开动抛光电动机，借电动机轴转动的力量旋转装上抛光轮，旋紧后将抛光蜡涂抹在抛光轮上，这样就可以开始抛光了。

②首先是进行粗抛。粗抛光就是将不锈钢金属托架表面上的锉痕、钳痕、毛刺以及接焊留下的黑色氧化层先行抛掉，尽量把金属托架抛得平整、协调、让弧度圆滑，使线条流畅。但也不能用力过大、抛光过猛，如在金属托架表面留下凹陷将难以恢复其貌。粗抛是中抛、细抛的基础，如果达不到要求将影响后期抛光，直接影响产品的质量。

③抛光是有一定技巧的，抛光操作者的抛光手法也将影响抛光质量，抛光操作手法不正确就不可能抛好产品。一般来讲，抛光时要尽量使产品与抛光轮平行、双手握紧产品并从上而下顺着轮子移动方向。抛光手法如果不正确，抛光的产品在高速飞转的抛光轮上很容易被弹脱出手（俗称“打飞机”），如抛光的产品体积细小（如胸坠、耳钉），可以准备一个金属丝制作的挂钩子，左手保持住产品抛光，抛光时要防止跳跃式抛光和用力轻重不匀。如果出现跳跃现象，有可能是抛光轮不在轴心上，也可能是抛光轮不圆，更有可能是手势问题，找出原因，就好解决问题了。

④任何粗抛以后都必须进行细抛光，这样才能使表面光洁度更强，细抛是在粗、中抛基础上进一步细抛光，使表面更加平整、光滑，达到镜面反光效果。但其抛光磨擦接触面小，抛光时不仅用力要小而且用力要均匀。

制作工艺的质量标准：

①表面光洁似镜，拉砂面均匀，线条明显，方向要一至；

②钻石镶嵌牢固平整，周正美观，爪、齿、镶边要整齐光滑、保持钻石完美。

③造型、整体美观，整体协调对称，面线交替清晰、层次分明，主题突出，立体感强。

④没有划痕、砂纸印、砂眼等，厚薄均匀，宽窄变化线条流畅，指圈边缘圆滑。转动戒转动要灵活。

⑤整体协调、光滑、无麻点、无钩刺及锐角。

后处理技术

①批花

“批花”，就是用旋转的刻刀在金属或合金基体上雕刻出各式各样的花纹，故又称“雕花”。将雕花用的“刻刀”安装在批花机上，开机后“刻刀”会高速旋转，通过手动杆不断调整物品部位，使得产品的各部位被雕刻上设定的花纹。

②激光镭射加工

“激光镭射”工艺，就是由激光发生器生成高能量的连续激光光束，利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，并由光能转换为热能，使表面材料瞬间熔融，甚至使表层材料汽化或发生颜色变化，从而形成图文标记。

激光镭射可以打出各种文字、符号和图案等，字符大小可以从毫米到微米量级，这对产品的防伪有特殊的意义。

聚焦后的极细的激光光束如同刀具，可将物体表面材料逐点去除，其先进性在于标记为非接触性加工，不产生机械挤压或机械应力，因此不会损坏被加工物品；由于激光聚焦后的尺寸很小，热影响区域小，加工精细，因此，可以完成一些常规方法无法实现的工艺。

激光镭射使用的“刀具”是聚焦后的光点，不需要额外增添其它设备和材料，只要激光器能正常工作，就可以长时间连续加工。激光加工速度快，成本低廉。

激光加工没有污染源，是一种清洁无污染的高环保加工技术。

③蚀刻

蚀刻技术可以分为“湿蚀刻”和“干蚀刻”两类。

通常所指蚀刻也称光学蚀刻，指通过曝光制版、显影后，将要蚀刻区域的保护膜去除，在蚀刻时接触化学溶液，达到溶解腐蚀的作用，形成凹凸或者镂空成型的效果。

湿蚀刻就是利用合适的化学溶液腐蚀去除材质上未被光阻覆盖（感光膜）的部分，达到一定的雕刻深度。

④喷砂

喷砂工艺就是将金属物件，按设计要求局部喷砂面，使金属产品的抛光面形成鲜明对比，来增强产品的线条艺术美感。

喷吵工艺分两种：一是干砂，二是水砂。

喷砂所需主要工具

喷砂机；空气压缩机；金刚砂（石英砂）；防护胶纸或防护蜡。

操作步骤

1、将抛光并清洗后的产品把不需要喷砂的部位用防护蜡或防护胶纸封上作保护。贴防护胶纸或点防护蜡时，线条要流畅、整齐。

2、按要求挑选适当粗细的金刚砂，放在喷砂机内。然后调试所需要的空气压力。

3、手持产品坯件，将需要喷砂的部位放入喷砂机内，对准喷砂机出砂口，打开气压阀门，金刚砂通过空气压力喷在金属件上，喷到符合要求为止。喷砂位置要求完整、均匀，以便达到效果。

⑤电镀

产品经加工成型后，其表面呈现的颜色即是本色。然而，有时需要改变其表面的颜色，以求达到特殊的效果。这就需要对产品进行表面处理——电镀。

电镀是一种较复杂的工艺。它既起到保护表面产品表面的作用，又可使产品表面更加美观。

对电镀层的基本质量要求：

1、与基材金属结合牢固，附着力好。

2、镀层完整，结晶细致而紧密，孔隙率小。

3、具有良好的物理、化学及机械性能。

4、要有符合标准规定的镀层厚度，而且镀层分布要均匀。

⑥电解

电解主要是在通过正负极的电流、电解液的共同作用下来改善产品表面的粗糙度，从而达到工件表面光亮平整的目的。

电解抛光可达镜面级光泽，并且使表面生产钝化层有效提升抗腐蚀能力。抛光效率高，质量好，数分钟内可抛光至镜面状态。

失蜡铸造存在的问题

由于倒模过程复杂，影响倒模质量之因素，最主要之因素有机器、人员、环境、材料及制造方法等。

虽然不断使用经改良的倒模机器及材料，仍有很多因素引至铸造物品有瑕疵。即使到目前还没有“专有配方”可避免此问题。

在失蜡铸造生产过程中，我们会经常面对砂孔及铸造表面有瑕疵的问题。

砂孔的种类可分为两类：第一种是收缩孔，第二种是气孔。两种小孔的形状是不一样的；收缩孔壁表面形状不均匀而且多发现在工件凹位上，而气孔壁表面形状就呈圆或球体状。

而收缩孔带有的两种特征：如砂孔较细和微观结构均匀地分布于整件物品上的，我们就称之为“微观收缩孔”。这是由于石膏盅温度不够热，导致熔液在未填满模具时就收缩固化。这种情况可利用提高石膏盅温度来矫正。第二种特征是砂孔较大（可能有毫米级别），微观结构不均匀地分布于整件物品上的。这种情况多发生在大件物品的铸造上，由于熔液遇到阻止。要改善此种情况，出水位的大小要合宜，必须畅通，以便熔液可连续注入物件。

问题三：废料一般被继续重复使用，倒模时金属成分被蒸发或严重氧化而影响合金本身的特性。

特别是废料被再一次熔铸时，铬和镍的含量降低，合金的成分改变了，导致我们期望获得的效果会减弱。铬和镍的氧化物一方面可能导致铸件的杂质增加，另一方面由于金属熔液的粘性增加使可铸流动性减弱。

 铸造常见问题与解决方法

解决办法：

1）负面效果主要是因为温度和压力，为了尽可能减少氧化，应当在熔炼时防止过度加热。

2）在反复熔铸时旧料不能加得太多，一般情况只能加30％左右。

3）适量添加辅料，改善不锈钢的组织性能，使之各项技术指标更加完美无缺。

使用少量合金添加剂的主要目的是优化金属的可处理性能，比如铸造和抛光性能或者改善某些特定的合金性能（如硬度、延展性）。但这些“少量”的物质对现有的合金体系的干扰实际上也可能会产生些负面作用。

操作得当的效果是：

①使金属表面沙孔及氧化减到最低，密度高，大大提高抛光的速度及人手支出，减少工件不良而需返工的机会。

②由于改善了熔液的流动性，大大提高了合金的填充性能。

③由于减少了界面张力使得金属表面粗糙降低，因此能获得更好的倒模效果。

总体而言，我们刚才所探讨的各方面情况，除了有助于掌握一些窍门来处理合金，也让我们意识到，在获得正面效果的同时，错误的操作可能会带来不希望的效果。

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