Come produrre gioielli in lega a basso punto di fusione e come fare la cura dei gioielli?

I gioielli in lega a basso punto di fusione sono realizzati con stagno, piombo e altri metalli. È conveniente, facile da modellare e sicura da indossare. Imparate a realizzare, curare e vendere questi pezzi unici, perfetti per gioiellerie, designer e venditori di e-commerce.

Cosa rende unici i gioielli in lega a basso punto di fusione: Guida alla produzione e alla cura

Scoprire l'arte dell'artigianato: Il mondo della gioielleria in lega a basso punto di fusione

Le leghe a basso punto di fusione o fusibili sono leghe binarie, ternarie o quaternarie composte da elementi metallici come piombo, stagno, bismuto e cadmio. Le loro caratteristiche includono una tonalità di colore freddo grigio-bluastro o bianco-argento, un basso punto di fusione, una facile fusione, una qualità di lega morbida e una facilità di intaglio, che le rendono ampiamente utilizzate per creare ornamenti artigianali dal design intricato.

A causa del loro punto di fusione relativamente basso, le leghe di zinco sono anche introdotte con le leghe fusibili. I gioielli in lega di zinco sono un altro importante tipo di materiale di gioielleria popolare realizzato con leghe a basso punto di fusione; i principali tipi di leghe di zinco utilizzati per i gioielli sono le leghe di zinco-alluminio, le leghe di zinco-alluminio-magnesio e le leghe di zinco-alluminio-rame.

Sezione I Accessori per leghe a basso punto di fusione

1. Introduzione a diversi elementi metallici tipici a basso punto di fusione

(1) Stagno

Lo stagno è il quarto metallo raro, dopo il platino, l'oro e l'argento. Il suo simbolo chimico è Sn, il suo numero atomico è 50, il peso atomico è 119, la densità è 7,31 g/cm.³e il punto di fusione è 232℃. Lo stagno è un metallo bianco-argenteo, duttile, con un basso coefficiente di attrito, molto morbido e dotato di buona plasticità e duttilità. Il tasso di allungamento dello stagno fuso a 17℃ è di 45%-60%, la resistenza alla trazione è di 25-40MPa e la resistenza allo snervamento è di 12-25MPa. Lo stagno viene ossidato rapidamente all'aria da ossigeno, acqua e anidride carbonica, formando una pellicola protettiva sulla sua superficie. Grazie alle sue caratteristiche di non appannamento, non ossidazione e non tossicità, lo stagno è molto adatto al contatto con il corpo umano. Dato il costo elevato dell'oro e la tendenza dell'argento ad appannarsi, i gioielli realizzati con lo stagno presentano molti vantaggi. È riconosciuto come uno dei materiali eccellenti per i gioielli al di fuori dell'oro e dell'argento, con un aspetto di alto livello e buone proprietà metalliche.

Nello stagno puro commerciale, il contenuto totale di impurità non supera 0,25%, mentre secondo lo standard ASTMB-339 il contenuto minimo di stagno richiesto per i lingotti di stagno di grado A è 99,8%. Lo stagno ha scarse prestazioni di taglio e tende ad attaccarsi agli utensili, per cui i prodotti a base di stagno non sono adatti alla lavorazione meccanica e alla formatura, ma sono adatti alla formatura a pressione e alla colata.

La Cina dispone di abbondanti risorse di stagno, con riserve accertate di oltre 3 milioni di tonnellate, pari a circa un terzo delle riserve totali del mondo.

(2) Piombo

Il piombo è uno dei primi metalli utilizzati dall'uomo, con il simbolo chimico Pb, il peso atomico di 207 e il numero atomico di 82. È il numero atomico più alto tra tutti gli elementi chimici stabili. La densità è di 11,33 g/cm³e il punto di fusione è 327℃. Il piombo è un metallo pesante bianco-argenteo di colore blu, morbido, a bassa resistenza alla trazione e duttile, appartenente al gruppo principale. Il piombo ha quattro isotopi stabili in natura: piombo-204, piombo-206, piombo-207 e piombo-208, oltre a più di 20 isotopi radioattivi. Il piombo metallico viene rapidamente ossidato in aria dall'ossigeno, dall'acqua e dall'anidride carbonica, formando una pellicola protettiva sulla sua superficie; quando viene riscaldato, il piombo può reagire rapidamente con l'ossigeno, lo zolfo e gli alogeni; il piombo è quasi inerte con l'acido cloridrico e l'acido solforico freddi, ma può reagire con l'acido cloridrico e l'acido solforico caldi o concentrati; il piombo reagisce con l'acido nitrico diluito, ma non reagisce con l'acido nitrico concentrato; il piombo può dissolversi lentamente in soluzioni fortemente alcaline. Il piombo e i suoi composti sono altamente tossici per il corpo umano e possono accumularsi nell'organismo.

(3) Antimonio

L'antimonio è un solido bianco-argento fragile e brillante con simbolo chimico Sb, numero atomico 51, peso atomico 121,76, punto di fusione di 631℃ e densità di 6,65g/cm.³. L'antimonio è stato scoperto nell'antichità, con un contenuto di 1×10^-6 nella crosta terrestre e la sua abbondanza nella crosta terrestre esiste principalmente sotto forma dell'elemento stesso o di stibnite e valentinite. L'antimonio ha due allotropi: la variante gialla è stabile solo a -90℃; la variante metallica è la forma stabile dell'antimonio. L'antimonio reagisce con l'acqua per rilasciare idrogeno gassoso solo quando è rovente; ad alte temperature, può reagire con l'ossigeno per formare triossido di antimonio, che è un ossido anfotero, scarsamente solubile in acqua ma solubile in acidi e basi; può reagire con acido nitrico concentrato.

(4) Bismuto

Il bismuto è un metallo bianco-argenteo, fragile e facilmente frantumabile, con simbolo chimico Bi, numero atomico 83, peso atomico 209, punto di fusione di 271℃ e densità di 9,81g/cm.³. Il contenuto di bismuto nella crosta terrestre è di 20×10^-6e si trova in natura principalmente sotto forma di elementi o composti, con due allotropi ma un solo isotopo stabile. Reagisce con l'aria quando è arroventata; il bismuto può reagire direttamente con lo zolfo e gli alogeni; è insolubile negli acidi non ossidanti ma solubile nell'acido nitrico e nell'acido solforico concentrato a caldo. Una caratteristica tipica del bismuto è che il suo volume aumenta quando passa da liquido a solido, cioè si espande al momento della solidificazione.

(5) Cadmio

Il cadmio è un metallo lucido e morbido, di colore bianco argento o grigio piombo, duttile, il cui simbolo chimico è Cd, il numero atomico è 48, il peso atomico 112 e la densità 8,64 g/cm.³Il punto di fusione è 321℃. Il cadmio ha 8 isotopi naturali stabili e 11 isotopi artificiali radioattivi instabili. Perde rapidamente la sua lucentezza all'aria e si ricopre di uno strato di ossido che ne impedisce l'ulteriore ossidazione. È insolubile in acqua e solubile nella maggior parte degli acidi.

(6) Zinco

Lo zinco è un metallo bianco-bluastro con una densità di 7,14 g/cm.³ e punto di fusione di 419,5℃. È relativamente fragile a 100-150℃, si ammorbidisce e diventa nuovamente fragile dopo aver superato i 200℃.

Lo zinco ha proprietà chimiche attive. Nell'aria a temperatura ambiente, sulla superficie si forma uno strato sottile e denso di pellicola basica di carbonato di zinco, che impedisce un'ulteriore ossidazione. A causa della facile formazione di una pellicola protettiva sulla superficie dello zinco a temperatura ambiente, il suo maggiore impiego è nell'industria della zincatura. Quando la temperatura raggiunge i 225℃, lo zinco si ossida vigorosamente. Quando viene bruciato, emette una fiamma di colore blu-verde. Lo zinco è facilmente solubile in acido e può facilmente spostare dalla soluzione oro, argento, rame, ecc.

Lo zinco ha forti proprietà riducenti e può rilasciare idrogeno gassoso infiammabile a contatto con acqua, acidi o idrossidi di metalli alcalini. Le reazioni con ossidanti o zolfo possono causare combustione o esplosioni. La polvere di zinco può formare miscele esplosive con l'aria, che possono essere facilmente innescate da una fiamma libera, con conseguenti esplosioni, e la polvere umida può facilmente autoriscaldarsi e incendiarsi nell'aria.

I diversi elementi tipici delle leghe a basso punto di fusione sono riportati nella Tabella 4-1.

Tabella 4-1 Diversi elementi tipici delle leghe a basso punto di fusione

Nome dell'elemento	Simbolo dell'elemento	Numero atomico	Peso atomico	Densità /g - cm^-3	Punto di fusione/℃
Antimonio	Sb	51	121. 76	6.65	631
Bismuto	Bi	83	209	9.81	271
Cadmio	Cd	48	112	8.64	321
Piombo	Pb	82	207	11. 33	327
Stagno	Sn	50	119	7.31	232
Zinco	Zn	30	65	7. 14	419. 5

2. Leghe tipiche a basso punto di fusione

2.1 Lega di stagno

Lo stagno ha tre allotropi: stagno bianco, stagno grigio e stagno fragile. Il più comune è lo stagno bianco, di colore bianco-argento, ma al di sotto dei 13℃ si trasforma in stagno grigio polveroso, un fenomeno noto come "peste dello stagno". Per evitare questa situazione, allo stagno possono essere aggiunti elementi di lega come antimonio, bismuto, piombo e cadmio. Inoltre, l'aggiunta di elementi di lega può migliorare le proprietà meccaniche e le prestazioni di fusione dello stagno.

(1) L'effetto degli elementi di lega sulle proprietà delle leghe di stagno

① Piombo. Lo stagno e il piombo formano una tipica lega eutettica binaria, come mostrato nel diagramma di fase della Figura 4-1, con una temperatura eutettica di 183℃ e un punto eutettico di 38,1℃Pb. Abbassa il punto di fusione, migliora le prestazioni di fusione delle leghe di stagno, ha una buona fluidità, riduce la porosità, affina i grani e diminuisce la capacità termica specifica e la conduttività termica delle leghe di stagno. Il piombo aumenta la durezza dello stagno, mentre la duttilità della lega rimane intatta. Il piombo è un elemento tossico e un elevato contenuto di piombo può compromettere la lucentezza della superficie della lega.

② Antimonio. L'antimonio aumenta la resistenza e la durezza delle leghe di stagno, riduce la duttilità, si espande durante la solidificazione, favorisce la riproduzione della superficie e contribuisce a creare lettere nitide e chiare. Tuttavia, comporta anche il problema dello scolorimento della superficie di placcatura. La solubilità solida dell'antimonio nello stagno raggiunge un massimo di 10,4% a 246°C. La solubilità solida dell'antimonio a temperatura ambiente è di circa 2%. Un contenuto di antimonio pari o inferiore a 20%, quando la lega è duttile, può essere lavorata ma non perde la sua bella lucentezza. Pertanto, aggiungendo una quantità adeguata di stagno alla lega si può ottenere una certa durezza, rendendola lavorabile senza perdere la forma.

③ Bismuto. È un metallo fragile, di colore rosso pallido, con un'elevata lucentezza, che si espande durante la solidificazione, in modo più pronunciato rispetto ad altri metalli. Il bismuto contribuisce a ridurre il ritiro di solidificazione delle leghe e migliora le prestazioni di replica della superficie. Tuttavia, il bismuto può aumentare la fragilità delle leghe e il suo contenuto deve essere controllato.

④ Rame. Il rame aumenta la durezza delle leghe e migliora la resistenza alla trazione, ed è comunemente usato nelle leghe di stagno-piombo-antimonio.

⑤ Cadmio. Il cadmio è un metallo bianco-bluastro, morbido, duttile e tossico. Il cadmio abbassa il punto di fusione delle leghe, consentendo di fonderle a temperature più basse; inoltre, migliora la duttilità e riduce il ritiro di solidificazione, a vantaggio della fusione di pezzi grandi e piatti.

(2) Categorie di leghe di stagno

Le principali categorie di leghe di stagno utilizzate per la gioielleria artigianale sono le seguenti.

① Cera bianca. Conosciuta anche come "stagno bianco", è un termine comune per le leghe di stagno-piombo, con una lunga storia di utilizzo fin dall'epoca romana in utensili e altre necessità quotidiane, come tavoli, calici, piatti, candelabri o vestiti di stagno. La cera bianca tradizionale ha un alto contenuto di piombo, è tossica e compromette la lucentezza della superficie. La cera bianca contemporanea è una lega ad alto contenuto di stagno contenente circa 6% di antimonio e 1%-2% di rame. Il contenuto di antimonio è solitamente limitato a meno di 4% per la cera bianca destinata al disegno, ma la cera bianca colata può contenere fino a 8% di antimonio e 2% di rame. Se necessario, si possono aggiungere piccole quantità di bismuto o argento per migliorare le proprietà di indurimento della cera bianca.

Attualmente, in Europa esiste una norma specifica per il peltro, la EN611-1996, che comprende anche la norma sulle saldature (EN29453) utilizzate per unire i raccordi con i prodotti in peltro. L'International Tin Research Institute ha pubblicato una guida ai prodotti in peltro in tutto il mondo. A seconda della composizione della lega, il punto di fusione del peltro è di 240-295℃ e queste leghe possono essere fuse con varie tecniche, tra cui la pressofusione per gravità e la centrifugazione. Sebbene i prodotti in peltro siano stati tradizionalmente fusi, le moderne tecniche di produzione hanno utilizzato le eccellenti proprietà di stampaggio, stiramento e filatura dello stagno per produrre da fogli laminati. I produttori contemporanei di prodotti in peltro hanno iniziato a spostarsi da oggetti tradizionali come calici, porta tè e caffettiere per soddisfare le esigenze della vita moderna, e ora ci sono accendini, posacenere, lampade e orologi in peltro.

② Leghe per pressofusione a base di stagno. Le leghe a base di stagno sono preferite per la pressofusione perché il loro basso punto di fusione e l'eccezionale fluidità consentono di produrre getti resistenti con strutture o forme complesse senza requisiti speciali o danni agli stampi. In generale, per la maggior parte delle applicazioni, le leghe per pressofusione a base di stagno hanno una buona resistenza alla corrosione e, se necessario, possono essere galvanizzate.

③ Leghe a bassa fusione a base di stagno. Bismuto, stagno, piombo, cadmio e indio sono tutti metalli a basso punto di fusione. Quando questi metalli vengono combinati in proporzioni diverse (leghe binarie, ternarie o quaternarie), si possono ottenere leghe con punti di fusione ancora più bassi, comunemente chiamate "leghe bassofondenti". Inoltre, queste leghe possiedono alcune proprietà preziose, tra cui una bassa pressione di vapore, una buona conducibilità termica, una facilità di lavorazione, un'elevata fluidità adatta agli stampi di colata, dimensioni controllabili durante la solidificazione, una riproduzione fine dei dettagli nella colata e la riutilizzabilità.

2.2 Lega di piombo

La lega di piombo è una lega composta da piombo come base e altri elementi. La superficie della lega di piombo genera ossidi, solfuri o altri sali complessi durante il processo di corrosione, che aiutano a prevenire l'ossidazione, la solfurazione, la dissoluzione o la volatilizzazione, fornendo così una buona resistenza alla corrosione in aria, acido solforico, acqua dolce e acqua di mare. Se le leghe di piombo contengono impurità come bismuto, magnesio o zinco che non sono solubili nel piombo o formano una seconda fase, la loro resistenza alla corrosione diminuisce; l'aggiunta di tellurio e selenio può eliminare gli effetti nocivi del bismuto sulla resistenza alla corrosione. L'aggiunta di antimonio e tellurio alle leghe di piombo contenenti bismuto può affinare la struttura dei grani, aumentare la resistenza, sopprimere gli effetti nocivi del bismuto e migliorare la resistenza alla corrosione.

Le leghe di piombo hanno una bassa resistenza alla deformazione e i lingotti fusi possono essere trasformati in fogli, strisce, tubi, barre e fili utilizzando processi come la laminazione e l'estrusione senza riscaldamento o ricottura intermedia. La resistenza alla trazione delle leghe di piombo è di 0,3-0,7MPa, molto inferiore a quella della maggior parte delle altre leghe metalliche. L'antimonio è un elemento importante che rafforza la matrice; è solo parzialmente solubile nel piombo e può essere utilizzato per il rafforzamento in soluzione solida e in invecchiamento. Tuttavia, se il contenuto è troppo elevato, la tenacità e la resistenza alla corrosione della lega di piombo possono deteriorarsi.

Piombo, stagno e antimonio possono formare leghe eutettiche. Le leghe di piombo utilizzate per gli ornamenti artigianali assumono generalmente la lega ternaria Pb-Sn-Sb vicina al punto eutettico, che presenta una buona fluidità, un ritiro di solidificazione quasi nullo e una bella superficie di fusione.

2.3 Selezione dei materiali in lega a basso punto di fusione per la gioielleria

Le leghe a basso punto di fusione, principalmente a base di stagno e piombo, sono utilizzate come materiali decorativi. Le Tabelle 4-2 elencano le composizioni dei principali materiali decorativi artigianali in lega a basso punto di fusione e le Tabelle 4-3 elencano le composizioni dei materiali decorativi artigianali stranieri in lega di stagno.

Tabella 4-2 Materiali nazionali per gioielli artigianali in lega a basso punto di fusione

Nome del prodotto	Modello	Nome del prodotto Contenuto dell'elemento Composizione/%				Punto di fusione/ ℃	Applicazione principale
Nome del prodotto	Modello	Stagno	Altri	Antimonio	Piombo	Punto di fusione/ ℃	Applicazione principale
Lega Babbitt	0 # A	96	2	2	Nessuno	200	Peso leggero, durezza moderata, buona tenacità, cristallizzazione a bassa temperatura, assenza di piombo e non tossicità, adatto alla produzione di gioielli di alta qualità, utensili da cucina, utensili per bere e una grande varietà di oggetti artigianali di alta qualità.
	0 # B	92	2	6	Nessuno	200	Peso leggero, forte durezza, buona densificazione, cristallizzazione a bassa temperatura, assenza di piombo e atossicità, applicabile alla produzione di gioielli di alta qualità, utensili da cucina, utensili per bere e una grande varietà di oggetti di artigianato di alta qualità.
	0 # C	88	4	8	Nessuno	200	Peso leggero, forte durezza, buona densificazione, cristallizzazione a bassa temperatura, assenza di piombo e non tossicità. Adatto per la realizzazione di gioielli di alta qualità, utensili da cucina, utensili per bere e vari oggetti di artigianato di alta qualità con un'ampia superficie lucida (come le campane a vento).
N. 1 lega piombo-stagno	1 # A	92	3	2	Residuo	200	È adatto alla produzione di gioielli e oggetti di artigianato di alta qualità con una forte tenacità, una bassa densità e un'ampia superficie lucida.
	1 # B	90	4	3	Residuo	215
	1 # C	85	5	4	Residuo	220
Lega di piombo-stagno No.2	2 # A	72	5	3	Residuo	230	Adatto per la realizzazione di vari tipi di gioielli e oggetti di artigianato di alta qualità con una forte resistenza, una densità ridotta e una superficie lucida e stretta.
	2 # B	63	5	4	Residuo	230	Adatto per la produzione di gioielli e manufatti di fascia media con una migliore tenacità, una densità inferiore, una superficie lucida più stretta o una superficie lucida più ampia senza lucidatura.
	2 # C	50	4	4	Residuo	250
Lega di piombo-stagno No.3	3 # A	35	4	4	Residuo	270	Adatto per la produzione di una varietà di gioielli e prodotti artigianali di fascia media con una migliore tenacità, una densità inferiore e una superficie di lucidatura più ampia.
	3 # B	30	3	3	Residuo	270
	3 # C	25	1	2.8	Residuo	270
Lega di piombo-stagno No.4	4 # A	15	1	3	Residuo	280	Adatto per la realizzazione di vari tipi di gioielli o oggetti di artigianato di fascia media con una migliore tenacità, una densità inferiore, una superficie di lucidatura più stretta o senza lucidatura.
	4 # B	12	1	3	Residuo	280
	4 # C	10	1	3	Residuo	280
Lega di piombo-stagno No.5	5 # A	8	2	3	Residuo	286	È adatto alla realizzazione di tutti i tipi di gioielli o oggetti artigianali di fascia media con una migliore tenacità, una minore densità, una superficie di lucidatura più stretta o senza lucidatura.
Lega di piombo-stagno No.5	5 # B	6	2	3	Residuo	290
Lega di piombo-stagno No.6	6 # A	5	1	3.5	Residuo	300	Adatto alla realizzazione di tutti i tipi di gioielli generici e di artigianato pesante.
	6 # B	3	1	3.5	Residuo	300
	6 # C	2	1	3	Residuo	320
(Tan Derui e Chen Guanyi, 1996)

Tabella 4-3 Materiali per gioielli artigianali in lega di stagno stranieri

Numero di serie	Sn	Sb	Cu	Impurità					Osservazioni
Numero di serie	Sn	Sb	Cu	Pb	Come	Fe	Zn	Cd	Osservazioni
1	91 ~ 93	6 ~ 8	0. 25 ~ 2	0.05	0.05	0.015	0.005		Tipo American Standard ASTMB5601, lega per fusione
2	95 ~ 98	1.0 ~ 3.0	1.0 ~ 2.0	0.05	0.05	0.015	0.005	-	American Standard ASTMB5603 Leghe speciali
3	Residuo	5 ~ 7	1.0 ~ 2. 5	0.5	-	-	-	0.05	Standard britannico BS5140
4	Residuo	3 ~ 5	1.0 ~ 2. 5	0.5	-	-	-	0.05	Standard britannico BS5140
5	Residuo	1 ~ 3	1 ~ 2	0.5	-	-	-	-	Norma tedesca DIN17810
6	Residuo	3. 1 ~ 7	1 ~ 2	0.5	-	-	-	-	Norma tedesca DIN17810
7	92	6	2	-	-	-	-	-	Adatto per la colata di prodotti a parete sottile e a grana fine
8	90	6	2	Più Bi	-	-	-	-	Buon effetto lucidante
9	82	-	Pb18	-	-	-	-	-	Peltro francese
10	80	-	Pb20	-	-	-	-	-	Inghilterra peltro
11	85	7	4	4 (Ingrediente principale)	-	-	-	-	Inghilterra peltro
12	83	7	2	3 (Ingrediente principale)	-	-	5 (Ingrediente principale)	-	Imperatrice in metallo
13	89	11	-	-	-	-	-	-	CABE (Italia) è specializzata nella fusione centrifuga di leghe modellate in gomma siliconica resistente al calore. La prima per la fusione di gioielli senza piombo, la seconda può essere utilizzata per la saldatura di gioielli.
14	61	4	-	35 (Ingrediente principale)	-	-	-	-
(Tan Derui e Chen Guanyi, 1996)

Quando si sceglie una lega, la considerazione più importante è la categoria di prodotto e la lega deve soddisfare i requisiti di "stampaggio, salute e funzionalità" sia dei produttori che dei clienti. Alcune aziende ritengono che le leghe a basso contenuto di stagno siano più economiche perché il prezzo del materiale delle leghe a basso contenuto di stagno è inferiore. Occorre considerare il costo complessivo della lega; le leghe ad alto contenuto di piombo hanno maggiori effetti nocivi e devono essere colate ad alte temperature, il che può ridurre la durata degli stampi. Inoltre, la densità dello stagno è di 7,31g/cm³, mentre la densità del piombo è di 11,33 g/cm³Per questo motivo, a parità di peso di stagno, si possono produrre più ornamenti, e nella scelta della lega si devono considerare diversi fattori.

Attualmente, lo stagno puro o le leghe di peltro ricche di stagno sono utilizzate principalmente per l'artigianato di fascia alta, mentre per la gioielleria popolare in generale si utilizza comunemente la lega di piombo-stagno 1# - 6#, con la lega di piombo-stagno 3# che è la più comune. I gioielli di fascia alta utilizzano spesso leghe con un contenuto di stagno più elevato, mentre quelli di fascia bassa e di qualità inferiore utilizzano principalmente leghe con un contenuto di stagno inferiore.

2.4 Caratteristiche delle leghe a basso punto di fusione utilizzate nella gioielleria artigianale

(1) Prestazioni stabili, basso punto di fusione, buona fluidità, piccolo ritiro.

(2) I grani sono fini, con buona tenacità, durezza appropriata, superficie liscia, pochi fori di sabbia, imperfezioni, crepe e buoni effetti di lucidatura e galvanica.

(3) La colata centrifuga ha buone prestazioni e una forte tenacità e può fondere forme complesse e parti di precisione a parete sottile con una superficie liscia sui getti.

(4) Il prodotto può essere sottoposto a trattamenti superficiali: galvanica, spruzzatura e verniciatura.

(5) La struttura cristallina densa garantisce tolleranze dimensionali ridotte per i getti in termini di materie prime. Ha una superficie fine e pochi difetti post-lavorazione.

3. Categorie e caratteristiche dei gioielli artigianali in lega a basso punto di fusione

Gli ornamenti artigianali in lega di piombo e stagno a basso punto di fusione sono un tipo di prodotto in lega che è sia decorativo che pratico. Rappresentano una delle applicazioni che consumano una grande quantità di stagno metallico, con un'ampia varietà di temi creativi e un enorme potenziale di sviluppo del mercato.

(1) Artigianato di latta

Le leghe di stagno possono essere trasformate in vari tipi di recipienti, come utensili da vino, servizi da tè, stoviglie, trofei e altri prodotti con motivi in rilievo, o in oggetti di artigianato decorativo, cornici per foto in lega, emblemi religiosi, sculture in miniatura, souvenir e altri oggetti di artigianato. Questi prodotti sono generalmente realizzati in stagno puro o in peltro ad alto contenuto di stagno, con le caratteristiche estetiche dell'argenteria, con prezzi inferiori a quelli dell'argenteria, e combinano usi sia ornamentali che pratici. Possono incarnare diversi significati culturali e sono ampiamente utilizzati come regali aziendali, souvenir per vari eventi, souvenir di viaggio e oggetti decorativi per la casa, offrendo un ampio spazio di mercato.

(2) Body jewelry

Lead-tin low melting point alloys can be made into various exquisite body jewelry. These jewelry are characterized by individuality and fashion, and they are inexpensive and increasingly favored by fashionable men and women. Most alloy jewelry has an electroplated layer (18K white gold, 18K gold, 925 silver). It is inlaid with zircon, crystal diamonds, pearls, or jade, making their appearance comparable to high-priced gold and silver jewelry. Common items include rings, necklaces, bracelets, earrings, brooches, buttons, tie clips, and hair accessories, with the main material being 3# lead-tin alloy.

4. Manutenzione dei gioielli in lega a basso punto di fusione

I gioielli in lega di piombo e stagno a basso punto di fusione hanno un buon effetto di simulazione dopo il trattamento superficiale. Tuttavia, se non vengono mantenuti o indossati correttamente, i gioielli possono presentare rapidamente problemi come corrosione, scolorimento o addirittura rottura. Pertanto, è necessario effettuare una manutenzione corretta e ragionevole, come illustrato di seguito:

(1) I gioielli devono essere cambiati frequentemente. Si dovrebbe evitare di indossare lo stesso gioiello per lunghi periodi, soprattutto nella calda stagione estiva, poiché la placcatura del gioiello può facilmente consumarsi a causa del contatto prolungato con il sudore. Pertanto, è meglio preparare più gioielli da sostituire regolarmente.

(2) Il contatto con sostanze chimiche può facilmente danneggiare i gioielli. La fragranza durante il bagno, il cloro nel nuoto e il sale nell'acqua di mare possono causare la corrosione della placcatura dei gioielli, quindi tutti i gioielli devono essere rimossi prima di fare il bagno o di nuotare.

(3) Le collisioni possono facilmente causare graffi; conservateli con cura. Non impilare i gioielli l'uno sull'altro, ma riporli nella loro confezione originale o in un portagioie con scomparti separati per evitare collisioni che possono graffiare la superficie.

(4) Pulire regolarmente i gioielli, utilizzando una spazzola morbida a setole fini per spazzare e pulire la superficie dei gioielli per rimuovere le macchie superficiali.

5. La sicurezza dei gioielli in lega a basso punto di fusione

Gli elementi metallici svolgono un ruolo estremamente importante per la salute umana; la carenza e l'eccesso possono portare a malattie. Tuttavia, alcuni elementi metallici sono dannosi per la salute umana, causando malattie e persino la morte.

(1) Piombo

Il piombo è un metallo pesante e una tossina altamente inquinante. Può danneggiare il sangue, causando la rottura dei globuli rossi, e diffondersi attraverso il flusso sanguigno a tutti gli organi e i tessuti, entrando nelle ossa e provocando la paralisi dei nervi ossei e il tremore delle dita. Nei casi più gravi, può provocare avvelenamento da piombo, encefalopatia e morte. Gli antichi romani usavano recipienti di piombo per conservare lo zucchero e il vino e fondevano le tubature dell'acqua con il piombo, il che aumentava il contenuto di piombo negli alimenti e nell'acqua, causando un avvelenamento cronico. Un esempio è la presenza di macchie nere di solfuro di piombo sulle ossa dopo la morte.

Tra tutte le sostanze tossiche conosciute, il piombo è quella più documentata nei libri. I testi antichi riportano che l'uso di tubi di piombo per il trasporto dell'acqua potabile comporta dei rischi. Molte sostanze chimiche possono degradarsi in composti finali innocui dopo essere rimaste nell'ambiente per qualche tempo. Tuttavia, il piombo non può degradarsi e rimane disponibile per molto tempo una volta rilasciato. A causa della persistenza a lungo termine del piombo nell'ambiente e della sua forte tossicità potenziale per molti organismi viventi, è stato costantemente classificato come un forte inquinante.

(2) Cadmio

L'avvelenamento da cadmio può causare atrofia muscolare, deformazioni articolari, dolori ossei insopportabili, incapacità di dormire, fratture patologiche e persino la morte. La principale fonte di cadmio sono le acque reflue contenenti cadmio scaricate dalle fabbriche nei letti dei fiumi, che irrigano le risaie, vengono assorbite dalle piante e si accumulano nel riso. Il consumo a lungo termine di riso contaminato da cadmio o di acqua potabile inquinata da cadmio può facilmente portare alla "malattia del dolore osseo".

(3) Antimonio

Gli esperimenti condotti dall'Associazione Internazionale dell'Antimonio nei suoi primi anni di vita hanno dimostrato che se i topi sono stati esposti ad alte concentrazioni di antimonio per un lungo periodo di tempo, si è verificata un'infiammazione nei polmoni, che può portare al cancro ai polmoni. In realtà, però, le persone non lavorano per lunghi periodi in ambienti con alte concentrazioni di antimonio e non sono stati segnalati casi di cancro ai polmoni dovuti all'inalazione eccessiva di antimonio. Tuttavia, non si può escludere la sua potenziale pericolosità per l'organismo umano.

Oltre agli elementi tossici come Cd e Pd, i lavoratori delle fonderie devono essere consapevoli degli effetti nocivi sull'organismo di altri elementi in lega come Cu, Sn, Bi e Zn. Pertanto, è importante garantire una buona ventilazione durante la fusione e rispettare le leggi relative all'uso corretto di questi elementi e ai limiti di esposizione. L'"Industrial Pollution" degli Stati Uniti elenca alcuni elementi metallici tipici e i loro rischi per le varie parti del corpo (Tabella 4-4).

La ricerca mostra che alcune leghe senza Pb e Cd possono migliorare le loro prestazioni di colata migliorando la composizione della gomma, il che, se fattibile, eliminerebbe la necessità di utilizzare elementi tossici.

Tabella 4-4 Il danno degli elementi metallici agli organi corporei

Organi colpiti	Bi	Cd	Cu	Pb	Sn	Zn
Rene	√	√		√
I nervi		√		√	√
Fegato	√
Gastrointestinale		√	√	√	√	√
Organi respiratori		√
Tessuti ematopoietici			√	√		√
Ossa		√				√
La pelle	√			√
Cardiovascolare		√

Sezione II Prodotti in lega di zinco

I gioielli in lega di zinco sono un altro importante materiale popolare oltre alle leghe a basso punto di fusione. Le leghe di zinco utilizzate per i gioielli comprendono principalmente la lega zinco-alluminio, la lega zinco-alluminio-magnesio e la lega zinco-alluminio-rame.

1. Lega di zinco

La lega di zinco è una lega non ferrosa composta da zinco come base con l'aggiunta di altri elementi come alluminio, rame e magnesio. È di colore bianco-bluastro, lucida, dura e fragile. Le leghe di zinco possono essere suddivise in due categorie in base alla tecnologia di lavorazione: zinco deformato e zinco colato. Le leghe di zinco fuso hanno una buona fluidità e resistenza alla corrosione, che le rende adatte a prodotti di processo di fusione come gioielli, strumenti e alloggiamenti di componenti automobilistici.

Le leghe di zinco sono utilizzate principalmente per la colata centrifuga di gomma siliconica e la pressofusione secondo il metodo di colata.

1.1 Lega di zinco per la colata centrifuga della gomma siliconica

Poiché la colata centrifuga di gomma siliconica utilizza stampi in gomma siliconica per il versamento diretto, la temperatura di colata deve essere la più bassa possibile per ottenere una certa durata del film gel. In genere, si scelgono leghe di zinco a basso punto di fusione, con l'intervallo di composizione indicato nella Tabella 4-5.

Tabella 4-5 Tabella di composizione delle leghe di zinco a basso punto di fusione (secondo lo standard americano ASTMB240-01)

Elemento	Zn	Al	Cu	Mg	Fe	Pb	Cd	Sn
Contenuto /wt%	Margine	3. 9 ~ 4. 3	0.75 ~ 1.25	0.03 ~ 0.06	< 0.075	< 0. 005	< 0.03	< 0. 002

Questa lega ecologica è priva di piombo, cadmio e nichel. È leggera, ha una buona finitura superficiale, si forma rapidamente, sopprime efficacemente la corrosione dei bordi del grano e previene la formazione di rugosità superficiali e fori di sabbia. È adatta a diversi settori industriali, come quello automobilistico, degli elettrodomestici, dei macchinari, degli orologi, degli apparecchi elettrici, degli strumenti, degli accessori per ferramenta, dei regali decorativi e dei marchi di giocattoli.

Per aumentare la lucentezza delle superfici degli accessori e soddisfare le esigenze di fusione degli accessori ad alta lucentezza, è stata sviluppata una lega di zinco-magnesio con il magnesio come elemento di lega principale. Questa lega è ampiamente utilizzata per accessori di ferramenta ad alta durezza e lucentezza come ciondoli, orecchini, forcine, abbigliamento, fibbie per borse, fibbie per cinture, fibbie per scarpe, targhette, ecc. La sua composizione chimica tipica è riportata nella Tabella 4-6.

Tabella 4-6 Composizione tipica della lega zinco-magnesio per gli accessori

Elemento	Zn	Mg	Al	Cu	Bi	Ag	In	Pb	Ni	Cd
Contenuto /wt%	Margine	12.4	3.5	0.06	0.06	0. 05	0.01	0.0003	0.0002	0.0019

Il punto di fusione della lega zinco-magnesio è 320-330℃. In genere, la temperatura di colata è di 380-400℃, la grana è fine e uniforme, i prodotti ottenuti hanno una superficie liscia e lucida, senza fori di sabbia, una lucentezza bianca con una sensazione oleosa, una buona fluidità, meno ossidazione e inclusione di scorie, facile da lucidare, raffreddamento rapido, adatto ai requisiti dei prodotti di grande superficie liscia. La lega è priva di piombo, cadmio e nichel, classificata come lega ecologica, con un costo pari a solo 1/3 del materiale in lega di piombo-stagno 0#, e la superficie liscia è migliore del materiale in piombo-stagno 0#. Questa lega è leggera, 50% più leggera della lega piombo-stagno 3# e 20% più leggera della lega di zinco.

Inoltre, come materiali corrispondenti alle leghe di zinco-magnesio, esistono sul mercato anche leghe a base di magnesio che utilizzano zinco e alluminio come principali elementi di lega, comunemente denominate leghe magnesio-zinco. I materiali decorativi in lega magnesio-zinco comunemente utilizzati rientrano principalmente in tre categorie.

(1) Lega magnesio-zinco A Materiale

Questa lega è adatta alla produzione di ornamenti e oggetti di artigianato che richiedono una finitura lucida (oltre 5 cm). Ha una buona fluidità, tenacità e lucentezza, è facile da lucidare e saldare, non fa bolle durante la galvanica e ha un punto di fusione di circa 300℃. È alla pari con il materiale 1# in lega di piombo-stagno, ma il prezzo è solo la metà di quello del materiale 1# in lega di piombo-stagno.

(2) Lega di magnesio e zinco B Materiale

Questa lega è adatta per superfici lisce di media difficoltà (circa 3 cm). Ha una buona fluidità, tenacità e scorrevolezza ed è facile da lucidare e saldare. È 20% più leggera del materiale A e adatta alla produzione di gioielli e artigianato, con un punto di fusione di circa 320℃.

(3) Materiale in lega di magnesio e zinco C

Questa lega è adatta alla produzione di piccoli prodotti a superficie liscia con elevata resistenza e durezza (sotto i 2 cm), ha una buona fluidità e scorrevolezza, è facile da saldare e lucidare ed è più leggera delle due precedenti, essendo l'1/3 della lega piombo-stagno #3. Tuttavia, la sua tenacità è più scarsa rispetto alle due precedenti, rendendola adatta alla produzione di prodotti ad alta resistenza come forcine e fibbie per cinture, ma non per prodotti cavi o perforati con un punto di fusione di 350-380℃.
Il campo di applicazione delle leghe di magnesio e zinco è piuttosto ampio e si presta alla realizzazione di varie fusioni artistiche di pregio, come anelli, collane, bracciali, orecchini, spille, bottoni, fermacravatte, decorazioni per cappelli, ornamenti artigianali, emblemi religiosi, statue in miniatura, souvenir, fibbie per cinture e altri accessori artigianali. Questi materiali hanno le seguenti caratteristiche:

Prestazioni stabili, basso punto di fusione, buona fluidità, piccolo ritiro.
I grani sono fini, con una buona tenacità e una durezza adeguata, una superficie liscia, pochi fori di sabbia, imperfezioni e crepe e buoni effetti di lucidatura e galvanica.
Conformità ai requisiti di protezione ambientale e agli standard sanitari.
Il suo punto di fusione più basso lo rende adatto agli stampi in silicone. Il costo di consumo dello stampo è quindi basso e lo rende particolarmente adatto alla produzione di getti in tempi rapidi e in piccoli lotti.

1.2 Lega di zinco per pressofusione

(1) Caratteristiche della lega di zinco pressofusa

Le leghe di zinco sono ampiamente utilizzate nell'industria della pressofusione per produrre vari pezzi strutturali e funzionali, che sono strettamente legati alle caratteristiche del materiale. Le leghe di zinco per pressofusione hanno un basso punto di fusione e una buona fluidità, e il processo di colata consente di riempire le piccole parti dello stampo, offrendo molti vantaggi che altre leghe per pressofusione non hanno, come la velocità di colata, la bassa temperatura, il basso consumo energetico e la lunga durata dello stampo. Questo ha portato alla loro adozione da parte di molte aziende di gioielleria, con una varietà e un utilizzo gradualmente crescenti, formando una serie di prodotti in lega. Una delle caratteristiche di queste leghe è che possono essere lavorate con macchine per la pressofusione a camera calda, molto più velocemente rispetto alla velocità di produzione delle leghe di zinco ad alto tenore di alluminio e delle leghe di alluminio che devono essere fuse con macchine per la pressofusione a camera fredda, e sono facili da trasformare in parti pressofuse a parete sottile relativamente economiche, con superfici facili da lavorare, verniciare ed elettroplaccare. Inoltre, rispetto alle leghe di bronzo, alle leghe di alluminio fuse e alla ghisa, le leghe di zinco presentano i vantaggi di un basso consumo di energia di lavorazione, di un basso costo e di buone proprietà meccaniche.

(2) Tipi di leghe di zinco pressofuso

Con il miglioramento delle qualità di zinco prodotto, si svilupparono le leghe di zinco. All'inizio degli anni '30, la composizione si era stabilizzata. In questo periodo, la New Jersey Company negli Stati Uniti (ora nota come American Zinc Company) sviluppò la famosa serie di leghe Zamak, che ottenne un riconoscimento mondiale e divenne sinonimo di leghe per pressofusione. La serie di leghe Zamak è stata sviluppata in base ai requisiti dei diversi processi produttivi e delle prestazioni strutturali dei prodotti; le diverse leghe di zinco hanno proprietà fisiche e meccaniche diverse, il che offre opzioni per la progettazione di parti pressofuse.

I tipi più comuni di leghe di zinco pressofuso includono:

Zamak 3. I getti con buona fluidità e proprietà meccaniche sono utilizzati per applicazioni che richiedono una bassa resistenza meccanica, come giocattoli, lampade, decorazioni e componenti elettrici.
Zamak 5. La buona fluidità e le proprietà meccaniche sono utilizzate nei getti con determinati requisiti di resistenza meccanica, come le parti automobilistiche, le parti elettromeccaniche, i componenti meccanici e gli assemblaggi elettrici.
Zamak 2. Utilizzato per parti meccaniche con requisiti speciali di prestazioni meccaniche, requisiti di elevata durezza e requisiti generali di precisione dimensionale.
ZA8. Buona fluidità e stabilità dimensionale, ma scarsa fluidità, applicata a piccoli pezzi di pressofusione con requisiti di alta precisione e resistenza meccanica, come i componenti elettrici.
Superloy. Ha la migliore fluidità e viene utilizzato per la pressofusione di pezzi a parete sottile, di grandi dimensioni, di alta precisione e di forma complessa, come i componenti elettrici e i loro involucri.

I requisiti di composizione delle leghe sopra citate sono riportati nella Tabella 4-7.

Tabella 4-7 Composizione standard delle leghe di zinco

Categoria di lega	Zamak 2	Zamak 3	Zamak 5	ZA8	Superloy	AcuZinc 5
Alluminio	3.8 ~ 4. 3	3.8 ~ 4. 3	3.8 ~ 4. 3	8. 2 ~ 8. 8	6. 6 ~ 7. 2	2. 8 ~ 3. 3
Rame	2. 7 ~ 3. 3	< 0.030	0. 7 ~ 1. 1	0. 9 ~ 1. 3	3. 2 ~ 3. 8	5. 0 ~ 6.0
Magnesio	0.035 ~ 0.06	0.035 ~ 0.06	0.035 ~ 0.06	0.02 ~ 0.035	< 0. 005	0.025 ~ 0.05
Ferro	< 0.020	< 0.020	< 0.020	< 0.035	< 0. 020	< 0.075
Piombo	< 0. 003	< 0. 003	< 0. 003	< 0.005	< 0. 003	< 0.005
Cadmio	< 0.003	< 0.003	< 0.003	< 0. 005	< 0.003	< 0. 004
Stagno	< 0.001	< 0.001	< 0.001	< 0.001	< 0.001	< 0. 003
Zinco	Margine	Margine	Margine	Margine	Margine	Margine
(Lu Hongyuan, 1997; Wu Chunmiao, 2003)

(3) L'effetto degli elementi di lega sulle proprietà delle leghe di zinco

Nella composizione delle leghe di zinco pressofuso sono presenti elementi di lega efficaci come alluminio, rame e magnesio ed elementi di impurità dannosi come piombo, cadmio, stagno e ferro. Gli effetti di questi elementi sulle proprietà della lega sono i seguenti.

① Alluminio. L'alluminio può migliorare le prestazioni di colata delle leghe, aumentarne la fluidità, affinare i grani, causare il rafforzamento della soluzione solida e migliorare le proprietà meccaniche; inoltre, l'alluminio può ridurre la reattività dello zinco con il ferro, diminuendo l'impatto sui materiali ferrosi, come il collo d'oca, lo stampo, l'erosione del crogiolo.

Il contenuto di alluminio è generalmente controllato tra 3,8%-4,3%. Ciò è dovuto principalmente alla resistenza e alla fluidità richieste; una buona fluidità è una condizione necessaria per ottenere getti con forme complete, dimensioni precise e superfici lisce.

② Rame. Il ruolo del rame nelle leghe di zinco comprende l'aumento della durezza e della resistenza della lega, il miglioramento della resistenza all'usura e la riduzione della corrosione intergranulare.

Tuttavia, per controllare il contenuto di rame nelle leghe di zinco, quando il contenuto di rame supera 1,25%, causerà cambiamenti nelle dimensioni e nella resistenza meccanica delle parti pressofuse a causa dell'invecchiamento; inoltre, ridurrà la duttilità della lega.

③ Magnesio. Il ruolo del magnesio nelle leghe di zinco comprende la riduzione della corrosione intergranulare, l'affinamento della struttura della lega, che ne aumenta la resistenza, e il miglioramento della resistenza all'usura.

Il magnesio è un elemento molto attivo che si ossida facilmente e si perde allo stato fuso delle leghe. Quando il contenuto di magnesio è superiore a 0,08%, la lega diventa termicamente fragile, con una ridotta tenacità e fluidità.

④ Elementi di impurità: piombo, cadmio, stagno. I suddetti elementi di impurità rendono la corrosione intergranulare delle leghe di zinco molto sensibile, accelerandone la corrosione intergranulare in ambienti caldi e umidi (Figura 4-2), riducendo la resistenza agli urti, abbassando la resistenza alla trazione della lega, con conseguente riduzione delle proprietà meccaniche, e causando variazioni dimensionali nei getti. Il contenuto di cadmio e piombo nella lega non deve superare 0,003%, il contenuto di stagno nei lingotti di lega di zinco non deve superare 0,001% e il contenuto nei getti di grandi dimensioni non deve superare 0,002%. Quando il contenuto di impurità di piombo e cadmio nella lega di zinco è troppo elevato, la qualità della superficie del pezzo appare normale subito dopo la pressofusione, ma dopo essere stato conservato a temperatura ambiente per un certo periodo di tempo (da 8 settimane a diversi mesi), sulla superficie compaiono delle bolle.

⑤ Elemento di impurità: Ferro. L'elemento ferro può aumentare la durezza delle leghe di zinco, ma il contenuto di ferro nelle leghe di zinco non deve superare lo 0,02%; in caso contrario, aumenterà la fragilità della lega. Il ferro reagisce con l'alluminio nella lega di zinco formando composti intermetallici Al5Fe2, causando la perdita di alluminio e la formazione di scorie; forma punti duri nelle parti pressofuse, influenzando la successiva lavorazione e lucidatura, ed è probabile che compaiano graffi sulla superficie durante la lucidatura; aumenta la fragilità della lega.

⑥ Elemento di impurità: Silicio. Il contenuto di silicio nelle leghe di zinco non deve superare 0,02%. In caso contrario, aumenterà la temperatura di transizione della fragilità della lega di zinco e ne ridurrà le prestazioni di lavorazione.

(4) Selezione delle leghe di zinco pressofuso

Esistono molte leghe di zinco pressofuso e la scelta della lega di zinco da utilizzare dipende principalmente da tre aspetti.

① Lo scopo del pezzo pressofuso stesso. I requisiti di prestazione che devono essere soddisfatti includono:

Proprietà meccaniche, come resistenza alla trazione, allungamento, durezza, ecc. La resistenza alla trazione è la resistenza massima del materiale al momento della rottura; l'allungamento è una misura della fragilità e della plasticità del materiale; la durezza è la resistenza della superficie del materiale alla deformazione plastica causata dalla pressione o dall'attrito con oggetti duri.
Condizioni ambientali di lavoro, tra cui la temperatura di lavoro, l'umidità, il mezzo a contatto con il pezzo e i requisiti di ermeticità.
Requisiti di precisione, compresa la precisione ottenibile e la stabilità dimensionale.

② Buone prestazioni di processo. Include le prestazioni del processo di fusione, la lavorabilità e le prestazioni del processo di trattamento superficiale.

③ Buona economia. Il costo delle materie prime, i requisiti delle attrezzature di produzione (comprese le attrezzature di fusione, le macchine per la pressofusione, gli stampi, ecc.

2. Esempi di gioielli in lega di zinco

Alcuni esempi di accessori realizzati con fusioni in lega di zinco sono i seguenti.

Sezione III Il processo di produzione dei gioielli artigianali in lega a basso punto di fusione

La maggior parte dei gioielli in lega a basso punto di fusione è realizzata mediante colata centrifuga con stampo in gomma siliconica, mentre una piccola parte è prodotta mediante colata a pressione. D'altra parte, i gioielli in lega di zinco utilizzano principalmente la pressofusione, con una piccola quantità prodotta dalla fusione centrifuga con stampo in gomma siliconica.

1. Processo di colata centrifuga della gomma siliconica

1.1 Introduzione al processo di colata centrifuga

La colata centrifuga è un metodo in cui il metallo liquido viene versato in uno stampo rotante, riempiendosi e solidificandosi in una colata sotto la forza centrifuga. Il metodo di colata centrifuga può essere generalmente suddiviso in tre categorie principali: colata centrifuga vera, colata semicentrifuga e colata centrifuga a pressione. La colata centrifuga vera e propria non utilizza un nucleo di sabbia e non richiede alzate o guide orizzontali, rendendola adatta a getti tubolari e cilindrici. La colata semicentrifuga utilizza l'asse simmetrico della colata come asse di rotazione durante la colata, iniettando il metallo liquido da un canale verticale centrale e la forza centrifuga spinge il metallo liquido verso l'esterno per riempire lo stampo. La colata semicentrifuga è adatta a getti con forme simmetriche. La colata centrifuga a pressione prevede la creazione di canali orizzontali radiali da un canale verticale centrale, utilizzando il canale verticale come asse di rotazione. Dopo aver versato il metallo liquido nel canale verticale, esso riempie la cavità attraverso i canali orizzontali sotto la forza centrifuga. La colata centrifuga a pressione è simile alla colata semicentrifuga, ma la selezione dell'asse di rotazione è diversa. Poiché la colata centrifuga a pressione non ruota attorno all'asse simmetrico della colata, è più adatta a colate con forme complesse.

1.2 Caratteristiche del processo di colata centrifuga della gomma siliconica

A causa del basso punto di fusione dei gioielli in lega, non è necessario creare uno stampo in gesso come per la fusione di leghe d'oro, argento e rame. Per la produzione si utilizzano invece stampi morbidi in gomma siliconica resistente al calore, che possono ridurre notevolmente i costi di produzione e migliorare l'efficienza produttiva.

La colata centrifuga di gioielli in oro viene eseguita con il metodo della colata a pressione centrifuga. Dopo che il metallo fuso è stato versato nello stampo, mentre lo stampo ruota, il metallo fuso è soggetto alla forza centrifuga, generando una pressione di riempimento che costringe il metallo fuso a riempire la cavità senza problemi. La forza centrifuga F=m-r-w2, dove F è la forza centrifuga, m è la massa del metallo fuso, w è il raggio di rotazione dello stampo e w è la velocità angolare. Si può notare che più grande è il raggio di rotazione e più veloce è la velocità di rotazione, maggiore è la forza centrifuga generata. Poiché il metallo fuso si riempie e si solidifica sotto la forza centrifuga, il metallo ha una buona compensazione del ritiro, con conseguente struttura densa e buone proprietà meccaniche dei getti; i getti cavi non richiedono alzate, migliorando significativamente l'utilizzo del metallo.

Tuttavia, rispetto alla colata a pressione negativa, la colata centrifuga presenta svantaggi quali una forte turbolenza del metallo fuso durante la colata, la tendenza a produrre fori di gas, una forte erosione della parete dello stampo da parte del metallo fuso e una quantità massima di metallo relativamente ridotta che può essere colata. Inoltre, i getti prodotti con il metodo della colata centrifuga sono soggetti a difetti di criccatura termica, soprattutto a velocità di rotazione elevate.

1.3 Processo produttivo della colata centrifuga di gomma siliconica

La gioielleria in lega a basso punto di fusione utilizza principalmente un processo di fusione centrifuga in gomma siliconica e il suo processo comprende principalmente i seguenti aspetti.

(1) Sviluppo dei gioielli

Lo sviluppo del gioiello è il primo passo nella creazione di un gioiello da zero, serve come guida e riferimento per le fasi successive ed è anche un anello importante per esprimere pienamente l'individualità del gioiello. I designer formano le loro idee iniziali sintetizzando e categorizzando le informazioni provenienti da vari aspetti e poi le rappresentano su disegni piatti. Una volta completati, i disegni vengono consegnati alla sala di campionatura, dove il campionarista crea un modello master tridimensionale utilizzando materiali in lega secondo i requisiti dei disegni. Il completamento del modello master conclude il processo principale di sviluppo dei gioielli.

(2) Stampaggio

Il modello master completato viene trasferito nella sala di stampaggio, dove il modellista crea stampi in gomma speciale. Il processo di stampaggio è fondamentale per il passaggio da un singolo pezzo di gioielleria alla produzione di massa, e la qualità dello stampo influisce direttamente sulla resa del processo successivo.

① Tipi di materie prime della gomma. Nella produzione di fusioni centrifughe di leghe a basso punto di fusione, sono ampiamente utilizzati modelli in gomma siliconica, con una piccola quantità di gomma naturale e gomma siliconica. La tabella 4-8 mostra il confronto tra i due tipi di materiali per modelli in gomma.

Tabella 4-8 Confronto tra gomma naturale e gomma siliconica

Parametro	Gomma naturale					Gomma siliconica
Parametro	1# nero	2# nero	3# nero	Bianco	Naturale	60 - D	70 - D	58 - D	65 - D
Durezza relativa	60	65	70	66	42	60	70	58	65
Densità/(g-cm^-3 )	1.24	1.26	1.17	1. 55	1.07	1.6	1. 73	1.44	1.56
Resistenza allo strappo/MPa	2.34	2.09	3. 00	1.94	0.68	0. 74	0.69	1.01	0. 63
Modulo di flessione/MPa	2.20	2.17	3. 58	2.41	1.72	1. 86	2.41	1.31	2.27
Resistenza alla trazione/MPa	3.79	3.79	2.41	3.45	3.93	2. 55	2.41	3.58	1.38

La gomma contiene generalmente cariche, catalizzatori, agenti attivi, ritardanti, antiossidanti, plastificanti e altri materiali. I materiali non polimerizzati devono essere conservati in un luogo fresco, mentre i modelli polimerizzati devono essere tenuti il più lontano possibile dalla luce, poiché l'ozono può danneggiare i materiali.

Durante la produzione, in genere si preferiscono materiali di gomma leggermente più morbidi perché sono più facili da modellare e consentono di ottenere blocchi mobili. La durezza della gomma utilizzata per gli accessori dopo la vulcanizzazione è generalmente di circa 60-80, e nella produzione attuale, circa 70% dei tipi di gomma hanno una durezza relativa di con durezza di 65, e c'è anche 5% con durezza di 70.

Quanto più bassa è la durezza del modello in gomma, tanto più si ritira, per cui gli operai della fonderia e i modellisti devono collaborare per adottare misure volte a compensare il valore di ritiro. Il valore di ritiro è legato al posizionamento del pezzo durante la colata; per lo stesso prodotto, il valore di ritiro può variare significativamente utilizzando metodi di posizionamento diversi. La produzione di alcuni pezzi speciali dipende dall'esperienza dell'operatore.

② Realizzazione di lastre di gomma. Miscelare gomma nuova e gomma riciclata, con un rapporto di 50/50. La gomma viene riscaldata in una macchina formatrice e pressata in fogli dello spessore di 1,3-1,5 mm, che costituiscono uno strato dello stampo di gomma. Il materiale viene arrotolato in una botte cilindrica e tagliato in piccoli pezzi delle dimensioni richieste. Il materiale viene impilato su un pallet e posto in una camera di raffreddamento (la temperatura della camera di raffreddamento è di circa 6℃) per 3-4 giorni, consentendo alla gomma di ritirarsi fino alle dimensioni finali. Il ritiro totale del materiale durante l'intero processo può raggiungere 11%. Se la forma finale del materiale è a forma di uovo, ciò può essere dovuto a un raffreddamento insufficiente. Il materiale viene solitamente rimosso dalla camera di raffreddamento e tagliato in pezzi circolari del diametro desiderato, di solito 8'-18''. Nella Figura 4-3, come strato superficiale del modello viene utilizzata la gomma A, caratterizzata da resistenza alle alte temperature, basso ritiro, forte resistenza allo strappo e durata. La gomma B, invece, è utilizzata come strato di rinforzo del modello in gomma e serve principalmente a sostenere e rinforzare.

③ Premere lo stampo in gomma. La qualità dello stampo in gomma determina direttamente la qualità della colata. Uno stampo in gomma di alta qualità richiede, tra gli altri fattori, una distribuzione ragionevole del modello originale, materozze che facilitino il riempimento e lo sfiato, una facile rimozione della colata e una resistenza alla deformazione e alla rottura. Di seguito sono riportati i passaggi fondamentali per la realizzazione di uno stampo in gomma.

Il primo passo è la preparazione. Preparare i vari strumenti e i materiali ausiliari necessari per la pressatura dello stampo (Figura 4-4).

Mettere il telaio dello stampo nella pressa per il preriscaldamento a 150℃ o secondo la temperatura raccomandata dal fornitore di gomma, di solito 146-157℃; separare la parte superiore e inferiore della base dello stampo e cospargere con un agente distaccante per evitare che le due metà si incollino tra loro o si attacchino al telaio dello stampo; pulire la polvere dalla superficie del modello originale, spruzzare con silicone per facilitare la separazione dallo stampo in gomma siliconica, evitando che si attacchi. Mettere un giornale sotto la piastra d'acciaio e inserire il disco rotondo nell'anello d'acciaio (Figura 4-5).

Nella seconda fase, si pratica un foro al centro della metà superiore del disco della membrana e si posizionano al centro l'asta di colata e la vasca di colata (Figura 4-6).

Nella terza fase, disporre il modello master e i perni di posizionamento in un ordine ragionevole e alla distanza richiesta intorno alla piastra di colata sulla superficie dello stampo inferiore (Figura 4-7). Se il modello originale è molto grande, è necessario estrarre parte della gomma dallo stampo inferiore.

Nella colata centrifuga in gomma, devono essere rispettati alcuni principi dimensionali tra il modello, la porta di colata e i perni di posizionamento (Figura 4-8). A rappresenta la distanza tra il modello e la coppa di colata, generalmente considerata 12,5 mm; B rappresenta la distanza tra i modelli, generalmente considerata 10 mm; C rappresenta la distanza tra il modello e l'area circostante, generalmente considerata 10 mm; D rappresenta la distanza tra il modello e il perno di posizionamento, generalmente considerata 3 mm; E rappresenta la distanza tra i perni di posizionamento, generalmente considerata 12,5 mm.5 mm; F rappresenta la distanza tra il perno di posizionamento e l'area circostante del modello, generalmente assunta come 1,5 mm; G rappresenta lo spessore del modello dalla superficie superiore (superficie inferiore), generalmente assunto come 3 mm.

Gli esperimenti dimostrano che la distanza tra la periferia esterna e la porta centrale dello stampo influisce in modo significativo sulla qualità del getto. Quanto più il pezzo è vicino alla porta centrale, tanto più grande deve essere la sezione trasversale del canale di colata per garantire la velocità di formatura e la densità della struttura solidificata. Inoltre, i modelli originali all'interno dello stesso modello di gomma dovrebbero preferibilmente avere forme simili, in quanto ciò non solo migliora la velocità di completamento dei getti, ma determina anche una composizione più uniforme dei prodotti finiti; se le differenze di forma sono troppo grandi, potrebbero perdere l'equilibrio e vibrare durante la rotazione del getto.

Nella quarta fase, cospargere uniformemente la polvere distaccante sulla superficie di distacco dello stampo e utilizzare un pennello per rimuovere la polvere distaccante dal modello (Figura 4-9).

Nella quinta fase, collocare la metà superiore dello stampo nel telaio dello stampo, posizionarla con attenzione e collocare la piastra di pressione superiore nel telaio dello stampo, assicurandosi che entrambe siano verticali (Figura 4-10).

Nella sesta fase, posizionare il telaio dello stampo nella pressa, assicurandosi che sia dritto e posizionato al centro della pressa. Sollevare la piattaforma e il telaio dello stampo per agganciarli alla piattaforma superiore e osservare lo stato di adattamento (Figura 4-11). Applicare delicatamente la pressione per sollevare la piattaforma, rilasciare la pressione e ripetere l'operazione precedente, applicando ogni volta una piccola quantità di pressione. Una formatrice generica si basa sulla sensazione, mentre una formatrice automatica dispone di un manometro. Ripetere questa operazione per 8-15 minuti fino a quando la gomma è molto morbida e la piastra è completamente sigillata.

Nella settima fase: impostare il tempo di vulcanizzazione, generalmente almeno 1 ora per ogni pollice di spessore. Al termine del tempo di vulcanizzazione, rilasciare la pressione e rimuovere il telaio dello stampo.

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(3) Stampo da taglio

① Aprire il telaio dello stampo con una chiave o un cacciavite, rimuovere lo stampo in gomma dal telaio dello stampo, tagliare le due metà dello stampo in gomma con un bisturi o una sega, fare dei segni di allineamento sui bordi dello stampo in gomma e rimuovere l'eccesso di scaglia (Figure 4-12 e 4-13).

② Rimuovere il modello originale dallo stampo e tagliare la materozza e la linea di ventilazione.

La creazione di materozze e linee di ventilazione ha un impatto significativo sulla qualità della colata centrifuga. Nella colata centrifuga di gioielli in lega a basso punto di fusione, il metallo fuso entra nella cavità dello stampo attraverso la tazza di colata, il canale orizzontale e la materozza. Il principio di base dell'apertura delle materozze è simile a quello della colata di metalli preziosi; la materozza deve essere sufficientemente grande da garantire una buona compensazione del ritiro e devono essere predisposte linee di ventilazione per consentire lo scarico regolare del gas. Il taglio dello stampo deve avvenire in modo fluido per ridurre le turbolenze durante il flusso del metallo fuso e la materozza deve essere posizionata nella parte più spessa della colata.

a.Sistema di colata. Un modello di tazza di versamento forma una tazza di versamento sul fondo dello stampo in gomma.

Il sistema di colata orizzontale consiste in una serie di canali che consentono al metallo fuso di fluire dalla tazza di colata al canale interno. I canali si irradiano prima verso l'esterno dalla coppa di colata per collegarsi al cerchio di colata e poi si collegano dal cerchio di colata al canale interno (Figura 4-14). Questo sistema di colata è vantaggioso per il riempimento e impedisce a scorie e impurità di entrare nella cavità dello stampo.

La guida interna fornisce metallo fuso alla cavità dello stampo; è il canale attraverso il quale il metallo fuso fluisce dalla guida orizzontale alla cavità dello stampo. Il canale interno deve essere sufficientemente grande da compensare continuamente il ritiro del metallo fuso che si solidifica nella cavità e deve essere situato nella parte più spessa. Nel punto di collegamento con il pezzo, è generalmente rastremato per facilitare la separazione del canale interno dal pezzo, a meno che non sia necessario renderlo dello stesso spessore del pezzo.

b.Tipo di sistema di gating. Gating a colata diretta: solitamente utilizzato solo per pezzi semplici, questo tipo di gating provoca una turbolenza significativa, con il vantaggio di aumentare la quantità di ogni tipo di pezzo.

Sistema di gating inverso: Il sistema di gating passa prima attraverso il pezzo e poi si collega alla cavità dal retro del pezzo vicino al bordo dello stampo. I suoi vantaggi sono la buona qualità della colata, l'assenza di impurità e scorie nella cavità e la riduzione delle turbolenze durante il riempimento.

Sistema di chiusura laterale: Entra dal lato del pezzo e, come il cancello inverso, occupa lo spazio dello stampo, ma la qualità del pezzo è migliore. Questo tipo di cancello può avere diverse proprietà.

Sistema di gating orizzontale: Si riferisce ai canali del cerchio di separazione e al sistema di separazione a raggi, che serve a garantire un riempimento regolare, a evitare il riempimento diretto del metallo fuso e quindi a ottenere pezzi puliti.

Sistema di colata dall'alto: Questo tipo di porta di colata è l'opposto della porta di colata inferiore, in cui il materiale entra nella cavità dalla parte superiore del pezzo. In genere, la porta di colata si trova nella metà inferiore dello stampo, ma se si verificano problemi durante il riempimento, può essere posizionata nella metà superiore dello stampo. Questo tipo di porta di colata è vantaggioso per i pezzi con superfici ampie e pareti sottili.

Oltre a dirigere il metallo fuso nella cavità dello stampo, il sistema di colata ha altre funzioni. Ad esempio, oltre al sistema di colata diretta, altri sistemi di colata possono avere un'area di raccolta delle scorie per raccogliere le scorie e le impurità dal metallo fuso, impedendo loro di entrare nella cavità dello stampo; possono anche consentire la fuoriuscita dei gas dalla cavità dello stampo. Tuttavia, a causa dell'alta velocità della colata centrifuga, il solo sistema di colata non è sufficiente a espellere tutti i gas, quindi è necessario creare linee di sfiato. La Figura 4-15 mostra un diagramma schematico dei diversi tipi di sistemi di colata.

c. Taglio del canale di colata in gomma. L'impostazione del canale di colata per lo stampo in gomma è il compito più abile nella produzione dello stampo in gomma e le fasi fondamentali sono le seguenti:

Dopo la vulcanizzazione dello stampo in gomma, è meglio tagliare lo stampo a mano quando si avverte una sensazione di calore. La prima fase del taglio dello stampo consiste nel determinare la posizione del canale di colata e la porta di colata. Se non si utilizza una tazza di colata sagomata, la tazza di colata deve essere tagliata per prima e il layout della porta di colata può essere tracciato utilizzando un compasso e altri strumenti di scrittura, compresi la porta di colata e i raggi dalla tazza di colata al cerchio di colata, la porta di colata trasversale e il canale dal cerchio del canale di colata al pezzo. È meglio evitare di riempire direttamente la cavità con il metallo liquido, che deve prima fluire attraverso la porta di colata trasversale e il sistema di colata per garantire il riempimento dello stampo ed evitare che impurità e scorie entrino nella cavità.

Il coltello da taglio dello stampo viene posizionato con un angolo di 45 rispetto alla linea tracciata. Per prima cosa, tagliare il cerchio del canale di colata (Figura 4-16), largo circa 12,5 mm e profondo 6 mm al centro. Tagliare continuamente lungo i lati interni ed esterni del cerchio di colata disegnato per garantire la scorrevolezza, quindi rimuovere il materiale di gomma tagliato per ottenere un cerchio di colata a forma di "V" (Figura 4-17).

La guida e la guida a raggi devono essere ricavate tagliando il cerchio della guida e si deve prevedere un numero sufficiente di guide per garantire un buon riempimento del metallo fuso. In genere, sono sufficienti 4-5 guide a raggiera dalla tazza di colata al cerchio di scorrimento.

Tagliare la guida interna dal cerchio di colata al pezzo. La guida interna è la parte che collega la guida al pezzo; non deve essere una continuazione della guida trasversale, ma piuttosto una sua compensazione per ottenere un'efficienza ottimale. La guida interna compensa e restringe il pezzo; durante la pulizia, deve essere staccata dal getto. Il canale interno deve essere sufficientemente grande, ma non deve causare difficoltà di pulizia. È preferibile iniziare a tagliare la guida interna in corrispondenza del pezzo in lavorazione nel modo seguente: tagliare un canale molto stretto con uno spessore di circa 5 mm; tagliare un canale verso il cerchio di colata, aumentando gradualmente la profondità e la larghezza, con una larghezza di 12,5 mm e una profondità di 6 mm in corrispondenza del cerchio di colata (approssimativamente pari alla larghezza del cerchio di colata alla giunzione delle due guide interne).

Se è necessario un sistema di chiusura superiore, si deve utilizzare lo stesso metodo descritto sopra per il taglio. Tuttavia, per completare il layout del canale di colata è necessario utilizzare del talco; il talco imprime la posizione del pezzo nella metà inferiore dello stampo sulla posizione corrispondente nella metà superiore dello stampo e il taglio può essere eseguito in base a queste impronte.

d. Predisporre le linee di sfiato. Le linee di sfiato dello stampo in gomma devono garantire che il gas presente nella cavità venga scaricato senza problemi durante il processo di colata per ottenere getti di alta qualità. Le linee di sfiato sono molto simili a quelle dello stampo in gomma durante l'iniezione di cera nella microfusione. Così come il talco viene spolverato sullo stampo di gomma durante l'iniezione di cera, anche il talco viene spolverato sullo stampo di gomma durante la fusione centrifuga di leghe a basso punto di fusione per consentire lo scarico regolare del gas all'esterno dello stampo di gomma.

Le linee di sfiato comunemente utilizzate sono due e le loro dimensioni dipendono dalle dimensioni della colata e dalla quantità di gas che deve essere scaricata. Una è la linea di sfiato conica, molto simile al canale interno ma molto più piccola, che si assottiglia gradualmente dal pezzo in lavorazione verso l'esterno. L'altra, più comunemente utilizzata, è la linea di sfiato a canale interno, simile alla linea di sfiato conica ma più grande, che consente di scaricare più gas. Quando si creano linee di sfiato, l'apertura sul pezzo deve essere la più piccola possibile per evitare che il metallo fuso fluisca all'interno, ma deve anche essere abbastanza grande da consentire una rapida fuoriuscita del gas.

Poiché il pezzo viene riempito dalla parete esterna della cavità verso il centro, la guida interna deve essere impostata sull'ultima area riempita. Se si segue la linea retta immaginaria dalla tazza di versamento al centro del pezzo, questo punto dovrebbe essere il più vicino alla tazza di versamento. La guida interna si trova solitamente all'estremità del pezzo più vicina alla coppa di versamento. La maggior parte delle linee di sfiato sono tagliate in modo simile alla guida interna, ma sono molto più piccole e stabilite dai punti chiave del pezzo verso la periferia della cavità. A volte, le linee di sfiato vengono fatte passare anche attraverso il fondo dello stampo e poi vengono stabilite sul retro, fino al bordo dello stampo. Alcuni produttori utilizzano anche il vuoto durante la colata per facilitare lo sfiato, un processo di colata centrifuga sotto vuoto. Le forme delle linee di sfiato sono le seguenti:

Linea di sfiato del canale di colata: Spesso utilizzato con il canale interno diretto, collegato al pezzo in lavorazione con un angolo di 45°, quindi aperto da uno o entrambi i lati del pezzo in lavorazione fino al bordo dello stampo.

Linea di ventilazione perforata: Utilizzato in situazioni in cui lo spazio nello stampo è insufficiente, si stabilisce un punto di raccolta del gas all'interno della cavità e si pratica un foro sul retro dello stampo in questo punto, quindi si traccia una linea di ventilazione dal foro sul retro dello stampo fino al bordo dello stampo. Quando si realizzano pezzi di grandi dimensioni, a volte possono essere praticati più fori di ventilazione, praticando un angolo di 45° dalla parte del pezzo vicino alla guida interna verso il retro dello stampo e tracciando poi linee di ventilazione da questi al bordo dello stampo sul retro.

Fori di ventilazione: Questo metodo di ventilazione prevede la realizzazione di fori in qualsiasi parte del pezzo verso la parte posteriore dello stampo e la creazione di linee di sfiato. La ragione per la creazione di questi fori di sfiato è che il gas può facilmente formare una contropressione durante il riempimento quando i fori ciechi sono nella cavità, con conseguente scarso riempimento. Il diametro di un tipico foro di sfiato è di 1 mm.

Linee di sfiato per la raccolta dell'aria: Sono costituiti da una serie di condotti di sfiato conici forati nella parte posteriore dello stampo e poi aperti sul retro. Vengono solitamente utilizzate nelle aree del pezzo che è difficile riempire completamente.

Linea di sfiato ausiliaria: Si apre lungo il lato della pista interna nel senso di rotazione o sul bordo della pista interna inversa, forata sul retro dello stampo, e la sua funzione è quella di aiutare la capacità di sfiato della pista interna.

La Figura 4-18 mostra i metodi di apertura del sistema di colata per alcuni ornamenti tipici.

e. Con un bisturi segnare il lato del disco per l'allineamento.

(4) Fusione

La fusione delle leghe è una parte importante del processo di fusione. Il processo di fusione non solo permette di ottenere il metallo fuso, ma soprattutto di ottenere una composizione chimica conforme alle specifiche, consentendo ai getti di avere una buona struttura cristallina e una quantità minima di gas e inclusioni nel metallo fuso.

Durante il processo di fusione, l'interazione tra il metallo e il gas e tra il metallo fuso e il crogiolo provoca cambiamenti nei componenti, con conseguente formazione di inclusioni e assorbimento di gas. Pertanto, formulare le corrette specifiche del processo di fusione e rispettarle rigorosamente è un'importante garanzia per ottenere getti di alta qualità.

① Perdita di ossidazione e combustione dei metalli. Durante il processo di fusione dei metalli si verificano inevitabilmente perdite di ossidazione e combustione, la cui entità è influenzata dai seguenti fattori:

a. Le proprietà dei metalli e degli ossidi. L'affinità dei metalli per l'ossigeno e le proprietà del film di ossido hanno un impatto significativo sulla perdita di ossidazione. Gli elementi con un'elevata affinità per l'ossigeno e un film di ossido sciolto e poroso subiscono una maggiore perdita di ossidazione, come il magnesio e il litio, che si ossidano in modo preferenziale; l'alluminio e il berillio hanno un'elevata affinità per l'ossigeno, ma il valore a del film di ossido＞1, che consente la formazione di un film di ossido denso che riduce la perdita di ossidazione. La Tabella 4-9 mostra i valori di a di alcuni ossidi a temperatura ambiente.

Tabella 4-9 Valori approssimativi di a di alcuni ossidi a temperatura ambiente (Geng Haoran et al, 2006)

Me	Mg	Cd	Al	Pb	Sn	Ti	Zn	Essere	Ni	Cu	Cr	Fe
Me_xO_y	MgO	CdO	Al₂O₃	PbO	SnO₂	Ti₂O₃	ZnO	BeO	NiO	Cu₂O	Cr₂O₃	Fe₂O₃
a	0.78	1.21	1.28	1.27	1.33	1.46	1.57	1.68	1. 60	1.74	2.04	2. 16

b. Temperatura di fusione. Più alta è la temperatura, più la pellicola di ossido metallico si dissolve e perde il suo effetto protettivo. Tuttavia, la fusione rapida ad alta temperatura può anche ridurre le perdite per ossidazione. La temperatura di fusione è generalmente di 10-20℃ superiore alla temperatura del liquido della lega. L'attuale temperatura di liquidità per lo zinco da colata industriale è di 387℃ (compreso l'alluminio 3% )-493℃ (compreso l'alluminio 27% ). La temperatura di colata dovrebbe essere inferiore, generalmente 100-150℃ sopra la temperatura di liquidità della lega.

c. Proprietà del gas di fornace. Nel gas di fornace ossidante, la perdita ossidativa è difficile da evitare. La natura ossidante del gas di fornace è forte e il grado di perdita ossidativa è generalmente elevato.

d. Altri fattori. Più piccola è la dimensione della carica, maggiore è la superficie e più grave è la perdita di combustione. In determinate condizioni, più lungo è il tempo di fusione, maggiore è la perdita di combustione ossidativa. La soffiatura arricchita di ossigeno accorcia il tempo di fusione e riduce la perdita di combustione ossidativa. Quando operazioni come la miscelazione e la scoriazione sono irragionevoli, è facile che si rompa il film protettivo di ossido sulla superficie della fusione, aumentando la perdita di combustione. Anche la spruzzatura di un sottile strato di fondente sulla superficie della carica durante il caricamento può ridurre la perdita di combustione ossidativa.

La perdita per ossidazione dei metalli deteriora le prestazioni del materiale e influisce sulla qualità della superficie del prodotto. Pertanto, è necessario adottare misure per ridurre la perdita per ossidazione, generalmente nei seguenti aspetti.

Innanzitutto, scegliere un tipo di forno ragionevole. Utilizzare un forno con un'area di fusione più piccola e una velocità di riscaldamento più elevata.

In secondo luogo, è necessario adottare una sequenza di carica e un processo di gestione della carica ragionevoli. I materiali facilmente ossidabili e bruciabili devono essere aggiunti allo strato inferiore della carica o aggiunti alla fusione dopo che gli altri materiali si sono fusi, oppure possono essere aggiunti come leghe intermedie.

Il terzo è l'utilizzo di un agente di copertura. I metalli facilmente ossidabili e i vari scarti metallici devono essere fusi e raffinati sotto la copertura del fondente.

Quarto, controllare correttamente la temperatura del forno. Per garantire la fluidità del metallo fuso e i requisiti del processo di raffinazione, la temperatura della massa fusa deve essere controllata in modo appropriato. Prima della fusione, è consigliabile utilizzare il riscaldamento e la fusione rapida ad alta temperatura; dopo la fusione, la temperatura del forno deve essere regolata per evitare il surriscaldamento del metallo fuso.

Il quinto è un metodo operativo ragionevole, che evita di mescolare frequentemente.

In sesto luogo, l'aggiunta di una piccola quantità di elemento attivo a＞1 migliora le proprietà del film di ossido della superficie della fusione e riduce efficacemente la perdita per bruciatura.

② Perdita volatile. I vapori e gli ossidi dei metalli inquinano l'ambiente e danneggiano la salute umana. La perdita volatile dei metalli dipende principalmente dalla loro pressione di vapore. Lo zinco e il cadmio sono più inclini alla perdita volatile e i metodi per prevenire o ridurre la perdita volatile sono gli stessi di quelli per ridurre la perdita ossidativa.

③ Assorbimento di gas. Durante il processo di fusione, i gas che si incontrano includono l'idrogeno (H₂), ossigeno (O₂), vapore acqueo (H₂O), azoto (N₂), CO₂, CO, ecc. Questi gas possono dissolversi nel metallo fuso o reagire chimicamente. I gas possono entrare nel liquido della lega attraverso varie fonti, come il gas, il rivestimento del forno, le materie prime, il fondente e gli utensili.

④ Controllo della temperatura di fusione. Quando le temperature di fusione e colata sono troppo elevate, possono aggravare l'ossidazione e la perdita di elementi di lega, accelerare la velocità di reazione tra il metallo fuso e il materiale del crogiolo e influire sulle proprietà meccaniche della lega. Pertanto, è necessario rafforzare il controllo della temperatura del metallo fuso durante i processi di fusione e colata. Gli attuali crogioli o forni sono dotati di sistemi di misurazione e controllo della temperatura e, durante le operazioni quotidiane, vengono effettuati controlli regolari per garantire l'accuratezza degli strumenti di misurazione della temperatura, con misurazioni periodiche della temperatura effettiva del forno utilizzando termometri portatili (termometri) per la calibrazione.

I fonditori esperti osservano il liquido fuso a occhio nudo. Se, dopo aver scremato la scoria, trovano il liquido fuso non troppo viscoso e relativamente limpido e la scoria non si forma rapidamente, significa che la temperatura è adeguata; se il liquido fuso è troppo viscoso, significa che la temperatura è troppo bassa; se dopo aver scremato la scoria appare rapidamente uno strato di brina bianca sulla superficie e la scoria si forma troppo rapidamente, significa che la temperatura è troppo alta e deve essere regolata tempestivamente.

Per mantenere la stabilità della temperatura di colata, si può utilizzare un forno di fusione centrale e l'aggiunta dell'intero lingotto di lega può essere modificata in una sola volta in aggiunte multiple di piccoli lingotti di lega, riducendo la variazione di temperatura causata dall'alimentazione.

⑤ Rifusione di rottami. Il materiale della materozza, i materiali di scarto, i pezzi di scarto, ecc. non devono essere messi direttamente nel crogiolo per la rifusione. Il motivo è che le superfici di questi materiali di scarto si ossidano durante il processo di fusione e il contenuto di ossidi supera di gran lunga quello del lingotto di lega originale. Quando questi materiali di scarto vengono rifusi direttamente, sulla superficie del metallo fuso si genera una grande quantità di scorie, la cui rimozione porta via una quantità significativa di componenti della lega.

I rifiuti galvanici devono essere fusi separatamente da quelli non galvanici perché i metalli come il rame, il nichel e il cromo contenuti nei rifiuti galvanici sono insolubili nello zinco e rimarranno come particelle dure nella lega di zinco, causando difficoltà nella lucidatura e nella lavorazione.

Durante la rifusione dei rifiuti galvanici, occorre prestare attenzione a separare il materiale di rivestimento dalla lega. Per prima cosa, collocare i rifiuti galvanici in un crogiolo contenente la lega fusa. A questo punto, non mescolare la fusione e non aggiungere flusso, poiché il punto di fusione del materiale di rivestimento è elevato e il rivestimento non si fonderà nella lega, ma galleggerà per un po' sulla superficie del liquido fuso. Dopo che tutto si è fuso, lasciare riposare il crogiolo per 15-20 minuti per vedere se appaiono scorie galleggianti sulla superficie e raschiare le scorie. Dopo questa fase, verificare se è necessario aggiungere agenti affinanti.

⑥ Precauzioni durante l'operazione di fusione.

a. Il crogiolo deve essere pulito prima di rimuovere olio superficiale, ruggine, scorie e ossidi. Per evitare che gli elementi di ferro nel crogiolo di ghisa si dissolvano nella lega, il crogiolo deve essere preriscaldato a 150-200℃, uno strato di rivestimento deve essere spruzzato sulla superficie di lavoro e poi riscaldato a 200-300℃ per rimuovere completamente l'umidità dal rivestimento.

b. Gli strumenti di fusione devono essere puliti dallo sporco superficiale prima dell'uso e le parti che entrano in contatto con il metallo devono essere preriscaldate e rivestite. Gli strumenti non devono essere umidi. In caso contrario, il liquido fuso potrebbe schizzare ed esplodere.

c. Controllare la composizione della lega acquistando lingotti di lega con standard di composizione rigorosi. Materiali in lega di alta qualità garantiscono getti di alta qualità.

d. I lingotti di lega acquistati devono essere conservati in un'area pulita e asciutta per evitare l'esposizione a lungo termine a un ambiente umido. Ciò può portare alla formazione di ruggine bianca o alla contaminazione da parte dello sporco di fabbrica che aumenta la produzione di scorie e la perdita di metallo.

e. Pulire e preriscaldare prima della fusione per rimuovere l'umidità assorbita in superficie. Il rapporto tra materiale nuovo e materiale riciclato, come la materozza, non deve essere superiore a 50%. In genere, il rapporto tra materiale nuovo e materiale vecchio è di 70:30. Alcuni elementi della lega diminuiscono gradualmente nelle leghe rifuse in continuo.

f. La temperatura di fusione non deve superare il limite superiore.

g. Rimuovere tempestivamente le scorie galleggianti sulla superficie della pentola di zinco e mescolare delicatamente con un rastrello per raccogliere le scorie galleggianti sul liquido fuso per rimuoverle.

(5) Colata

Le attrezzature tipiche coinvolte nel processo di colata comprendono macchine di colata centrifuga e forni elettrici di fusione, con le forme delle attrezzature mostrate rispettivamente nelle Figure 4-19 e 4-20.

In base ai requisiti, aggiungere il materiale di lega al forno elettrico, applicare l'elettricità per fonderlo e mantenere la temperatura come richiesto.

② Preparare lo stampo di gomma spolverando di talco entrambi i lati, quindi picchiettando le due metà dello stampo per rimuovere il talco in eccesso.

③ Preriscaldare lo stampo in gomma. Versare il metallo fuso nello stampo e tenerlo per un certo periodo di tempo per preriscaldare lo stampo a una temperatura sufficiente. La colata può anche iniziare e dopo qualche tempo la temperatura dello stampo aumenterà.

In base al senso di rotazione dello stampo in gomma, alle impostazioni di pressione e ad altri contrassegni, lo stampo in gomma installato nella centrifuga, impostare i parametri per garantire che la pressione dell'aria sia appropriata nella direzione opposta per bloccare lo stampo in gomma (Figura 4-21).

In generale, più grande è il modello, più alta è la pressione richiesta, come mostrato nella Tabella 4-10.

Tabella 4-10 Pressione di colata richiesta per i diversi tipi di pezzi da lavorare

Dimensioni del pezzo	Pressione/MPa	Velocità di rotazione/(r・min^-1 )	Temperatura del metallo	Tempo di rotazione/min
Articoli di grandi dimensioni (oltre 3100 g)	3. 92	250	Estremità più fredda	4 ~ 5
Articolo medio (620 ~ 1 240g)	3.92	400 ~ 475	Più sottile è il pezzo da lavorare, più alta è la temperatura	2 ~ 3
Articolo di piccole dimensioni (155 ~ 620 g)	1.96	475 ~ 550	La parte più calda	1 ~ 2

⑤ Chiudere correttamente il coperchio della centrifuga e verificare che l'impostazione della velocità sia corretta. Quando il coperchio della macchina è chiuso, il ciclo di colata si avvia automaticamente. Utilizzare una mestola appropriata per spingere le scorie sulla superficie del metallo fuso con il dorso della mestola e prelevare una quantità adeguata di metallo fuso dal forno.

⑥ Versare il metallo fuso in modo costante nello stampo (Figura 4-22). Il metodo di versamento dipende dal tipo di pezzo e dalle capacità del fonditore. La quantità di metallo fuso deve essere adeguata; una quantità eccessiva schizzerà fuori dallo stampo nella camera di colata, mentre una quantità troppo bassa provocherà un riempimento incompleto dello stampo.

⑦ Versare il liquido metallico rimanente nel mestolo nel forno, posizionare il mestolo sul bordo del forno e attendere che la centrifuga finisca di girare.

Dopo l'arresto della rotazione, aprire il coperchio della centrifuga, rimuovere il coperchio superiore dello stampo, quindi estrarre lo stampo e rimuovere il pezzo dallo stampo. Sarà più facile estrarlo quando è ancora caldo e poi rimuovere il sistema di colata.

Ci sono diverse considerazioni importanti nella colata centrifuga.

① Nelle operazioni di fusione, i materiali riciclati vengono generalmente utilizzati e reimmessi nel forno con un rapporto tra materiale nuovo e vecchio di 50:50. Quando è necessario, si usa il fondente per raccogliere le scorie; se il materiale è una lega ad alto contenuto di stagno, il fondente è raramente necessario, poiché un alto contenuto di stagno non produce molte scorie.

La maggior parte dei fonditori mescola i materiali 50% nuovi e 50% riciclati in un rapporto di a. Le leghe ad alto contenuto di stagno non necessitano di flussante, ma si consiglia di utilizzare il flussante per pulire regolarmente il crogiolo (pulire prima di aggiungere il canale di colata e i nuovi materiali quando si utilizza 25% il liquido nel crogiolo). Il flussante produce ossidi metallici, formando scorie che si separano dal metallo fuso e creano una superficie di scorie sul metallo fuso. Le scorie sulla superficie liquida possono essere rimosse con degli utensili. Il fondente è generalmente cloruro di ammonio, aggiunto al crogiolo in ragione di 1 cucchiaio per 25% del crogiolo, posto in un vaso a campana e premuto sul fondo del crogiolo, permettendo al fondente di disperdersi dal fondo alle varie parti del metallo fuso.

② Il controllo dei parametri chiave, come la temperatura dello stampo, la temperatura del liquido metallico e la velocità di rotazione, è importante durante il processo di colata.

a. Mantenere la temperatura di colata del metallo fuso nel forno; la temperatura di colata adatta deve essere la più bassa possibile, pur garantendo il riempimento. L'esperienza pratica dimostra che una temperatura di colata di 10℃ superiore al punto di fusione può dare buoni risultati.

b. Assicurarsi che la temperatura dello stampo in gomma sia mantenuta a un valore ottimale. I fonditori esperti preriscaldano lo stampo in gomma a una temperatura sufficiente a un certo ritmo per ottenere buoni risultati di fusione. Tuttavia, non permetteranno che la temperatura dello stampo sia troppo bassa o troppo alta. Quando la temperatura dello stampo è troppo alta, la durata di vita dello stampo in gomma si riduce.

c. L'integrità della colata è fortemente legata alla velocità centrifuga, che deve corrispondere a quella del pezzo. Quando il diametro dello stampo in gomma è fisso, l'aumento della velocità può consentire al metallo fuso di entrare rapidamente nella cavità. Tuttavia, se la velocità è troppo elevata, può facilmente causare una fiammata sulla colata o vibrazioni durante la rotazione. Al contrario, se la velocità di colata è troppo bassa, il metallo fuso può solidificarsi nel canale prima di riempire la cavità, causando una forma incompleta della colata (Figura 4-23). Le vecchie centrifughe non dispongono di strumenti per la visualizzazione della velocità, mentre le nuove centrifughe sono generalmente dotate di indicatori di velocità, ma devono essere calibrate regolarmente. Macchine diverse possono differire significativamente nei valori effettivi anche se impostate sulla stessa velocità.

③ Impostare la pressione dell'aria appropriata; una pressione troppo alta deforma il pezzo da lavorare, mentre una pressione troppo bassa provoca un bagliore sul pezzo. L'alta pressione deve essere utilizzata solo se necessaria.

Prima della colata, applicare una quantità adeguata di talco sullo stampo di gomma. Il talco deve essere molto fine. L'applicazione del talco ha lo scopo di evitare che il pezzo si attacchi allo stampo, di facilitare lo scarico dei gas dalla cavità e di favorire il flusso e il riempimento del metallo fuso.

(6) Gruppo di rifilatura

Dopo la colata, il getto viene collegato al sistema di colata e i getti presentano varie bave che devono essere pulite attraverso processi quali la rimozione delle materozze e la rifilatura. Gli strumenti utilizzati in questo processo sono relativamente semplici e comprendono generalmente forbici, lame, lime, carta vetrata e smerigliatrice elettrica ad albero flessibile sospeso (Figura 4-24).

Per gli accessori come le catene e le forcine, dopo la lavorazione degli sbozzi degli accessori, è necessario assemblare e saldare le parti fisse, come le molle e gli alberi, che sono anche un anello importante per combinare gli aspetti decorativi e funzionali degli accessori.

(7) Lucidatura

I pezzi grezzi di gioielleria che sono stati rifilati e saldati, anche se le grandi bave sono state ripulite, non soddisfano ancora i requisiti di luminosità superficiale dell'artigianato e devono essere sottoposti a vibrazione di lucidatura per rimuovere i fori di sabbia superficiali. Esistono molti metodi di lucidatura, tra cui la lucidatura manuale e meccanica, che devono essere scelti in base alle caratteristiche del pezzo e alle condizioni dell'attrezzatura. Le leghe a basso punto di fusione sono relativamente morbide e hanno un basso punto di fusione, quindi è necessario prestare particolare attenzione durante la lucidatura per evitare il surriscaldamento. La velocità del motore di rettifica manuale deve essere regolabile e la velocità di un singolo motore non deve generalmente superare i 1750 giri al minuto, evitando di rimanere troppo a lungo in un unico punto di lucidatura.

① Apparecchiatura di lucidatura. Durante la produzione di massa, è possibile utilizzare la lucidatura meccanica e il metodo di lucidatura dei lotti deve essere determinato in base al materiale del pezzo e ai requisiti di qualità della superficie. Ricordare che il tempo di lucidatura è molto breve per i pezzi in lega a basso punto di fusione e il processo operativo deve essere rigorosamente controllato per evitare una lucidatura eccessiva. L'addetto alla lucidatura deve conoscere le caratteristiche del materiale metallico dei gioielli; più alto è il contenuto di stagno, più duro è il metallo, che in genere è più facile da lucidare. Inoltre, è importante avere ben chiari i requisiti di qualità del pezzo da lavorare, sia che si tratti di galvanoplastica superficiale sia che si voglia mantenere il colore originale del metallo.

Nei processi di produzione attuali, diverse apparecchiature tipiche per la lucidatura in batch sono caratterizzate come segue:

Macchina lucidatrice a vibrazione. Può utilizzare diversi materiali per la molatura a umido o la lucidatura a secco e per il trattamento di lucidatura prima della galvanica. Per la smerigliatura a umido si utilizzano generalmente abrasivi in ceramica, plastica e altri materiali, con prestazioni di smerigliatura diverse. Per la lucidatura a secco, si utilizzano generalmente abrasivi in legno come trucioli di legno, chicchi di mais, segatura, ecc. Durante il funzionamento, occorre fare attenzione ad evitare l'aumento della temperatura; la resistenza del pezzo alla temperatura è inversamente proporzionale al contenuto di piombo, il che significa che maggiore è il contenuto di piombo, minore è la resistenza termica del pezzo.
Macchina lucidatrice centrifuga. Questo tipo di apparecchiatura ha un'elevata efficienza di lucidatura. Per le fusioni grezze, si possono utilizzare materiali abrasivi con una forte forza di rettifica e liquidi di lucidatura adatti. Durante la lucidatura, vengono utilizzati mezzi di lucidatura prelucidatura e viene risciacquata una grande quantità di acqua saponata, che può rendere la superficie del pezzo più brillante. A volte si può aggiungere più acqua saponata e un flusso d'acqua più lento può migliorare ulteriormente l'effetto dei mezzi di lucidatura e dei composti, che possono essere prioritari.
Macchina lucidatrice a vibrazione centrifuga. Questa apparecchiatura è raramente utilizzata sulle leghe a basso punto di fusione perché è soggetta a riscaldamento durante la lucidatura. È possibile utilizzare la lucidatura a umido, ma è facile che si verifichi una lucidatura eccessiva a causa della sua elevata capacità di lucidatura. Inoltre, è necessario considerare in modo approfondito la relazione tra i tempi di carico e scarico e i tempi di lavorazione.

Quando si utilizza la lucidatrice di cui sopra, è meglio dotarla di un dispositivo di controllo della velocità per regolare la velocità in base alla durezza del metallo.

② Mezzi di lucidatura. Per la lucidatura delle leghe a basso punto di fusione sono disponibili numerosi mezzi di lucidatura. La forma dei supporti può essere tubolare, cilindrica, conica o a quadrilatero irregolare, a seconda delle aree che necessitano di maggiore lavorazione e di quelle che ne richiedono poca. I mezzi di lucidatura comunemente utilizzati includono principalmente trucioli di legno, scaglie di legno, perline di legno, chicchi di mais, gusci di noce e altri mezzi a base di legno. Questi tipi di supporti richiedono talvolta una piccola quantità di liquido di lucidatura durante la lucidatura; i supporti sintetici sono utilizzati per leghe con basso contenuto di stagno o durezza inferiore; i supporti in plastica sono utilizzati per leghe con alto contenuto di stagno. Durante l'uso, è possibile regolare il livello del media e il tempo di lavorazione; più duro è il metallo (cioè, più alto è il contenuto di stagno), più veloce è il tasso di usura del media.

Una grande quantità di lucidatura genera particelle in sospensione, che richiedono una filtrazione avanzata. È necessario prestare attenzione al monitoraggio e allo scarico delle acque reflue industriali. A causa della presenza di piombo, cadmio e altri elementi nocivi nelle leghe a basso punto di fusione, il liquido di scarico della lucidatura deve essere analizzato e trattato per garantire la conformità agli standard di scarico locali.

Figures 4-25 and 4-26 are the defective tin alloy jewelryblanks and lead alloy jewelry blanks after mechanical polishing, respectively.

(8) Galvanotecnica

La lega di piombo e stagno è un materiale grigio e le imitazioni di gioielli che vediamo sono trattate con la galvanica. La galvanoplastica può essere suddivisa in galvanoplastica a sospensione e galvanoplastica a laminazione in base al metodo di processo; per quanto riguarda gli effetti della galvanoplastica, esistono galvanoplastica in oro, galvanoplastica in argento, galvanoplastica in rame, galvanoplastica in nichel, galvanoplastica in acciaio bianco e altri effetti galvanici speciali.

Come per la galvanoplastica di gioielli realizzati con altri materiali nell'industria della gioielleria, il tipo di metallo e le condizioni della superficie influiscono in modo significativo sull'effetto della galvanoplastica. A causa della qualità superficiale relativamente bassa dei gioielli in lega a basso punto di fusione dopo la fusione, spesso vengono preplaccati con rame e nichel prima di essere galvanizzati con oro, argento e altri metalli preziosi. Il processo può anche utilizzare una tecnica di rivestimento di conversione per l'anticatura. Le fasi del processo sono le seguenti:

Il pezzo viene placcato a impulsi in una soluzione di rame al cianuro, di solito per 35-40 secondi, con un tempo variabile in base alla tensione. È necessario evitare di bruciare la punta del pezzo→ dopo l'immersione nella soluzione densa, risciacquare il pezzo due volte→ pulizia a ultrasuoni del pezzo→ risciacquo del pezzo due volte→ il pezzo viene immerso in una soluzione acida o salina→ risciacquo due volte→ il tempo di nichelatura dipende dalla struttura del pezzo, di solito per 15-30 minuti. Se è richiesta la brillantezza, utilizzare una soluzione di placcatura con un brillantante→ risciacquare due volte.

Dopo la lavorazione di cui sopra, il pezzo può essere sottoposto al trattamento galvanico finale, come la placcatura con oro 24K, bronzo o argento. La galvanoplastica del bronzo può essere effettuata per 15 minuti in una soluzione commerciale di bronzatura (polisolfuro di ammonio). Per i pezzi di grandi dimensioni si utilizza una bassa tensione e il tempo di galvanizzazione viene opportunamente prolungato, seguito dall'anodizzazione per far diventare la superficie marrone, quindi dal risciacquo e dall'asciugatura per ottenere la brillantezza desiderata. Il trattamento di anticatura dei metalli prevede di solito il trattamento del metallo fino a un colore marrone e poi l'ossidazione fino al nero. Se è richiesta l'argentatura, il pezzo viene generalmente prima sottoposto a una placcatura a impulsi con argento e poi a una elettrodeposizione in una soluzione di cianuro d'argento. Quando il pezzo deve essere annerito, deve essere placcato con argento spesso. Il trattamento di annerimento dopo l'argentatura viene generalmente eseguito con il metodo del solfuro, seguito da un accurato risciacquo.

(9) Produzione di effetti

Gli accessori galvanici, alcuni dei quali possono essere direttamente imballati e immagazzinati, ma altri devono essere sottoposti a vari effetti in base ai requisiti del progetto, come l'applicazione di agenti distaccanti (brunitura e rivestimento sottile), la verniciatura a spruzzo, la smerigliatura, la gocciolatura dell'olio e la sabbiatura (Figura 4-27); dopo il completamento di questi effetti, se il prodotto non richiede la diamantatura, può essere immagazzinato.

(10) Incastonatura dei diamanti

Questa è la fase finale del processo e gli strass vengono fissati con un adesivo speciale, che può essere combinato per creare vari effetti di strass colorati in base alle esigenze del progetto (Figura 4-28).

(11) Stoccaggio degli imballaggi

I prodotti che hanno superato i controlli di qualità possono essere confezionati e immessi sul mercato.

2. Processo di formatura per estrusione a freddo

La tecnologia dell'estrusione a freddo è un processo produttivo avanzato ad alta precisione, efficiente, di alta qualità e a basso consumo. È adatta alla produzione di massa di pezzi di medie e piccole dimensioni. Rispetto ai processi tradizionali, consente di risparmiare 30%-50% di materiali e 40%-80% di energia e di realizzare prodotti di alta qualità. La precisione dimensionale è buona e può lavorare forme complesse difficili da lavorare.

In passato, l'artigianato dello stagno veniva modellato e fuso principalmente a mano, e questi metodi presentano dei limiti. Ad esempio, il ciclo di sviluppo è lungo, i tempi di produzione sono lunghi e la qualità della superficie è scarsa. Lo stagno ha una buona duttilità e plasticità, con proprietà materiali seconde solo all'oro e all'argento, e una duttilità e plasticità superiori a quelle dei metalli neri e non ferrosi. Queste caratteristiche ne consentono la modellazione con processi di estrusione a freddo.

Il processo di formatura per estrusione a freddo prevede la fusione del materiale di colata dello stagno→ colata dei materiali→ posizionamento dei materiali→ preformatura→ trattamento di lubrificazione→ formatura per estrusione→ rimozione dei materiali residui→ rifilatura e lucidatura. Durante la preformatura, il materiale può essere estruso o lavorato secondo le necessità. In genere, la formatura per estrusione a freddo è veloce e può garantire dimensioni precise dell'estrusione.

3. Processo di pressofusione

La pressofusione si riferisce al processo di iniezione di metallo fuso in uno stampo sotto l'azione di forze esterne (esclusa la gravità). In senso lato, la pressofusione comprende la pressofusione con una macchina per la colata, la colata sotto vuoto, la colata a bassa pressione, la colata centrifuga e così via; in senso stretto, la pressofusione si riferisce specificamente alla pressofusione di metallo di una macchina per la colata, abbreviata in pressofusione.

The essence of die casting is a method in which liquid or semi-liquid metal is filled into the die cavity at high speed and formed and solidified under pressure to obtain castings. Die casting is one of the most advanced metal forming methods and is an effective way to achieve minimal or no chips. It has wide applications and rapid development. Die casting has become one of the important production processes for zinc alloy jewelry.

3.1 Caratteristiche della pressofusione

La pressofusione ha due caratteristiche principali: alta pressione e alta velocità di riempimento. La pressione di iniezione comunemente utilizzata varia da alcune migliaia a decine di migliaia di kPa e può persino raggiungere 2×10⁵La velocità di riempimento è di circa 10-50 m/s, e talvolta può superare i 100 m/s. Il tempo di riempimento è molto breve, generalmente compreso nell'intervallo 0,01-0,2s.

(1) Vantaggi

Rispetto ad altri metodi di fusione, la pressofusione presenta i seguenti tre vantaggi.

① La qualità del prodotto è buona. L'accuratezza dimensionale dei getti è elevata, generalmente equivalente al grado 6-7 e può anche raggiungere il grado 4; la finitura superficiale è buona, generalmente equivalente al grado 5-8; la resistenza e la durezza sono relativamente elevate, con una resistenza di 25%-30% generalmente migliorata rispetto alla colata in sabbia, ma il tasso di allungamento diminuisce di circa 70%; le dimensioni sono stabili e l'intercambiabilità è buona; i getti complessi a parete sottile possono essere pressofusi. Ad esempio, lo spessore minimo della parete delle attuali pressofusioni in lega di zinco può raggiungere 0,3 mm; le fusioni in lega di alluminio possono raggiungere 0,5 mm; il diametro minimo del foro di fusione è di 0,7 mm.

② Elevata efficienza produttiva. Il tasso di produzione della macchina è elevato; ad esempio, una tipica macchina di pressofusione orizzontale a camera fredda può colare 3000-7000 volte in una media di otto ore, mentre una piccola macchina di pressofusione a camera calda può colare volte in una media di otto ore; gli stampi di pressofusione hanno una lunga durata e, quando si utilizzano leghe con un punto di fusione più basso, un set di stampi di pressofusione può durare per centinaia di migliaia di volte o addirittura più di un milione di volte; è facile ottenere meccanizzazione e automazione.

③ Buoni vantaggi economici. Grazie ai vantaggi delle dimensioni precise e delle superfici lisce dei pezzi pressofusi, la quantità di lavori di lucidatura e finitura è ridotta, migliorando l'utilizzo del metallo e riducendo la quantità di attrezzature di lavorazione e di ore di lavoro.

(2) Svantaggi

Sebbene la pressofusione presenti molti vantaggi, è necessario affrontare alcuni svantaggi.

Durante la pressofusione, a causa dell'alta velocità del metallo liquido che riempie la cavità e dello stato instabile del flusso, l'aria viene inevitabilmente intrappolata dalla cavità all'interno della colata. Pertanto, utilizzando il metodo generale di pressofusione, la colata è soggetta a porosità, non può essere sottoposta a trattamento termico e non è adatta alla spruzzatura superficiale; altrimenti, la porosità interna della colata si espanderà quando viene riscaldata durante i trattamenti di cui sopra, causando la deformazione o la formazione di bolle.

② Non è facile pressofondere getti complessi con concavità interne.

③ Le leghe ad alto punto di fusione (come il rame e i metalli neri) hanno una durata inferiore nella pressofusione.

Non è adatto alla produzione di piccoli lotti, soprattutto perché il costo di produzione degli stampi per pressofusione è elevato e l'efficienza produttiva delle macchine per pressofusione è alta, rendendo antieconomica la produzione di piccoli lotti.

3.2 Tipi di macchine per pressofusione

La pressofusione è un processo di fusione del metallo su una macchina per la pressofusione e attualmente è il più efficiente. Le macchine per la pressofusione si dividono in macchine a camera calda e a camera fredda.

(1) Macchina per la pressofusione a camera calda

La macchina di pressofusione a camera calda ha la camera di pressione immersa nel metallo liquido di un crogiolo di fusione isolato. I componenti per l'iniezione non sono direttamente collegati alla base della macchina, ma sono montati sul crogiolo, come mostrato nella Figura 4-29. I vantaggi di questo tipo di macchina per pressofusione sono la semplicità dei processi di produzione e l'elevata efficienza; consuma meno metallo e ha processi stabili. Tuttavia, la camera di pressione e lo stantuffo di iniezione sono immersi a lungo nel metallo liquido, il che influisce sulla loro durata e può facilmente aumentare il contenuto di ferro della lega. La pressa per pressofusione a camera calda presenta un elevato grado di automazione, una bassa perdita di materiale e una maggiore efficienza produttiva rispetto alle macchine per pressofusione a camera fredda. Tuttavia, la produzione di getti realizzati con materiali a basso punto di fusione, come le leghe di zinco e magnesio, è attualmente limitata a causa dei vincoli di resistenza al calore dei componenti della macchina.

(2) Macchina per la pressofusione a camera fredda

La camera di pressione di una macchina per la pressofusione a camera fredda è separata dal forno di mantenimento. Durante la pressofusione, il metallo liquido viene prelevato dal forno di mantenimento e versato nella camera di pressione per la colata (Figura 4-30). A causa del loro punto di fusione più elevato, le pressofusioni in lega di alluminio oggi ampiamente utilizzate possono essere prodotte solo su macchine di pressofusione a camera fredda. Le macchine di pressofusione a camera fredda si dividono in due tipi in base alla struttura e alla disposizione della camera di pressione: le macchine di pressofusione orizzontali e le macchine di pressofusione verticali (comprese le macchine di pressofusione completamente verticali).

3.3 Selezione delle macchine per pressofusione

Nella produzione reale, non tutte le macchine per la pressofusione sono in grado di soddisfare le esigenze dei vari prodotti e la scelta deve essere fatta in base alle circostanze specifiche, considerando generalmente i due aspetti seguenti.

(1) Selezionare in base alle diverse varietà e ai diversi lotti

Quando si organizza una produzione multivariata e in piccoli lotti, è generalmente necessario scegliere una macchina per pressofusione con un sistema idraulico semplice, una forte adattabilità e la capacità di effettuare regolazioni rapide. Quando si organizza una produzione monovarietale su larga scala, si deve scegliere una macchina di pressofusione ad alta efficienza dotata di vari dispositivi di controllo meccanizzati e automatizzati; per la produzione su larga scala di una singola varietà di getti, si può scegliere una macchina di pressofusione dedicata.

(2) Selezione in base alla struttura del prodotto e ai parametri di processo

Le dimensioni, il peso, lo spessore delle pareti e altri parametri del prodotto hanno un impatto significativo sulla scelta delle macchine di pressofusione. Il peso del getto (compresi il sistema di colata e il trogolo di trabocco) non deve superare la capacità nominale specificata dalla macchina di pressofusione. Tuttavia, non dovrebbe essere troppo piccolo per evitare di sprecare la potenza della macchina.

Per i gioielli, le dimensioni generali sono relativamente piccole e l'utilizzo di una macchina per pressofusione di 10-25t è sufficiente per soddisfare le esigenze di produzione.

3.4 Processo di pressofusione

(1) Processo di base della pressofusione

Prendendo come esempio la macchina per la pressofusione a camera calda con forza di vibrazione, il suo processo è il seguente.

Prima di iniziare la pressofusione, controllare il livello dell'olio nel serbatoio dell'olio, accendere il forno elettrico per riscaldarlo e inserire la termocoppia per la misurazione della temperatura; riscaldare il manicotto isolante; preriscaldare lo stampo di pressofusione in base ai requisiti del processo; fornire acqua di raffreddamento al supporto di iniezione e fornire acqua di raffreddamento ad altre parti secondo necessità; aprire la valvola del cilindro di pressione e la valvola di intercettazione dell'aria; accendere l'interruttore del manometro, avviare la pompa dell'olio e portarla alla pressione richiesta; dopo la fusione della lega, immergere il pistone di iniezione nella lega fusa, quindi installare il pistone di iniezione; testare l'apertura e la chiusura dello stampo e verificare che il meccanismo sia normale prima di procedere con la produzione.

② Quando si lavora con la pressofusione, è necessario rispettare la sicurezza. Gli operatori devono indossare protezioni adeguate e non sostare direttamente davanti alla linea di separazione della pressofusione e all'ugello per evitare schizzi di metallo che potrebbero causare incidenti. Quando si avvia la pressofusione, operare una volta in modalità "manuale" per confermare il normale funzionamento prima di passare alla modalità "semiautomatica" o "automatica". Controllare regolarmente che le letture dei vari strumenti soddisfino i requisiti del processo e che l'apparecchiatura funzioni normalmente. Se si riscontrano anomalie, controllare premendo il pulsante di "arresto di emergenza" e continuare a lavorare solo dopo aver risolto il problema. Regolare la temperatura del manicotto isolante come richiesto dal processo per evitare l'ostruzione dell'ugello e il surriscaldamento degli spruzzi di metallo. Monitorare regolarmente l'aumento di temperatura dell'olio idraulico, che non deve superare i 55℃. Regolare il flusso dell'acqua di raffreddamento come necessario in base al grado di aumento della temperatura. Se l'apparecchiatura rimane inattiva per oltre mezz'ora, il pistone di iniezione deve essere rimosso e collocato accanto al crogiolo per l'isolamento. Se l'apparecchiatura rimane inattiva per più di un'ora, l'alimentazione deve essere disattivata e la valvola del cilindro di pressione deve essere chiusa per evitare operazioni accidentali e perdite di pressione nel cilindro di pressione. Il livello del liquido metallico deve sempre sommergere il pistone di iniezione e il livello massimo del liquido deve essere di 20 mm sotto il bordo del crogiolo. Quando si aggiungono blocchi di metallo al crogiolo, le dimensioni dei blocchi non devono essere troppo grandi per evitare di abbassare significativamente la temperatura del metallo e i blocchi devono essere preriscaldati in base al processo. I blocchi di metallo bagnati non sono ammessi per evitare incidenti da esplosione.

Dopo la pressofusione, lasciare 2/3 del metallo fuso nel crogiolo; la termocoppia può rimanere nel crogiolo, chiudere la pompa del liquido, interrompere l'alimentazione elettrica, chiudere la valvola di alimentazione dell'acqua, rimuovere il pistone di iniezione e applicare un sottile strato di olio per macchine alle parti mobili dell'apparecchiatura (come l'asta del cilindro, l'asta di guida, la guida di scorrimento, ecc.)

(2) Parametri del processo di pressofusione

① Selezione della pressione e della velocità. La selezione della pressione di iniezione deve basarsi sulle diverse leghe e sulle caratteristiche strutturali dei getti; per i gioielli in lega di zinco, lo spessore della parete del getto 3 mm, utilizzando una pressione di iniezione di 50-60 MPa. Per quanto riguarda la selezione della velocità di riempimento, in genere, per i getti a parete spessa o con elevati requisiti di qualità interna, si dovrebbe scegliere una velocità di riempimento inferiore e una pressione di spinta più elevata; per i getti a parete sottile o con elevati requisiti di qualità superficiale, nonché per i getti complessi, si dovrebbe scegliere una pressione più elevata e una velocità di riempimento più alta.

② Temperatura di colata. La temperatura di colata si riferisce alla temperatura media del metallo liquido quando entra nella cavità dello stampo dalla testa della pressa. Poiché la misurazione della temperatura del metallo liquido nella camera di pressione è scomoda, essa è generalmente rappresentata dalla temperatura nel forno di isolamento.

Se la temperatura di colata è troppo alta, si verifica un ritiro significativo, che rende la colata soggetta a crepe e a granulometrie grandi, e può anche provocare l'adesione; se la temperatura di colata è troppo bassa, è probabile che si verifichino difetti di colata a freddo, modelli di superficie e difetti di colata insufficienti. Pertanto, la temperatura di colata deve essere considerata insieme alla pressione, alla temperatura dello stampo di pressofusione e alla velocità di riempimento.

Il punto di fusione della lega di zinco utilizzata per la pressofusione è di 382-386℃ e un adeguato controllo della temperatura sono fattori importanti per controllare la composizione della lega di zinco. Per garantire una buona fluidità del liquido di lega per riempire la cavità, la temperatura del liquido metallico nella pentola di zinco della macchina di pressofusione è di 430-450℃. Per i pezzi complessi e a parete sottile, si può prendere il limite superiore della temperatura di pressofusione; per i pezzi semplici e a parete spessa, si può prendere il limite inferiore. La temperatura del liquido metallico nel forno di fusione centrale è di 430-450℃. La temperatura del liquido metallico che entra nel tubo a collo d'oca è la stessa di quella del vaso di zinco. Controllando la temperatura del liquido metallico nella pentola di zinco, è possibile controllare con precisione la temperatura di colata, assicurando che il liquido metallico sia un liquido chiaro senza ossidi; la temperatura di colata rimane stabile.

③ La temperatura dello stampo di pressofusione. Lo stampo di pressofusione deve essere preriscaldato a una certa temperatura prima di utilizzare gas, torcia, apparecchi elettrici o riscaldamento a induzione.

Nella produzione continua, la temperatura dello stampo di pressofusione aumenta spesso, soprattutto per le leghe ad alto punto di fusione, e aumenta rapidamente. Temperature troppo elevate non solo rendono viscoso il metallo liquido, ma rallentano anche il raffreddamento dei getti, provocando la formazione di grani grossolani. Pertanto, quando la temperatura dello stampo di pressofusione è troppo elevata, è necessario adottare alcune misure di raffreddamento. In genere, il raffreddamento viene effettuato con aria compressa, acqua o mezzi chimici.

④ Riempimento, pressione di mantenimento e tempo di apertura.

a. Tempo di riempimento. Il tempo necessario da quando il metallo liquido inizia a entrare nella cavità dello stampo fino al suo riempimento è chiamato tempo di riempimento. La durata del tempo di riempimento dipende dalle dimensioni e dalla complessità della colata. Il tempo di riempimento tende a essere relativamente più lungo per i getti grandi e semplici, mentre per i getti complessi e a parete sottile il tempo di riempimento è più breve. Il tempo di riempimento è strettamente correlato all'area della sezione trasversale della porta interna o della porta interna o alla larghezza e allo spessore della porta interna, che devono essere determinati correttamente.

b. Pressione di mantenimento e tempo di apertura. Il tempo che intercorre tra il momento in cui il metallo liquido riempie la cavità e la completa solidificazione del cancello interno sotto l'azione continua del punzone di iniezione è chiamato tempo di pressione di mantenimento. La durata del tempo di pressione di mantenimento dipende dal materiale e dallo spessore della parete del getto.

Dopo aver mantenuto la pressione, lo stampo deve essere aperto per rimuovere la colata. Il tempo che intercorre tra la fine dell'iniezione e l'apertura dello stampo è chiamato tempo di apertura. Il tempo di apertura deve essere controllato con precisione; se il tempo di apertura è troppo breve, la resistenza della lega è ancora bassa, il che può causare deformazioni durante l'espulsione del getto e la caduta dello stampo autocompattante; se invece il tempo di apertura è troppo lungo, la temperatura del getto sarà troppo bassa, con conseguente ritiro significativo, e ci sarà anche una maggiore resistenza alla trazione del nucleo e all'espulsione del getto. In genere, il tempo di apertura viene calcolato in 3 secondi per uno spessore della parete del getto di 1 mm e regolato di conseguenza dopo i test.

(3) Rivestimento per pressofusione

Nel processo di pressofusione, i rivestimenti impediscono che la colata si saldi allo stampo, riducono la resistenza all'attrito durante l'espulsione ed evitano un eccessivo riscaldamento dello stampo. I requisiti dei rivestimenti sono i seguenti:

Alle alte temperature, ha una buona lubricità.
Basso punto di ebollizione: il diluente può evaporare rapidamente a 100-150℃.
Nessun effetto corrosivo su stampi e parti pressofuse.
Le prestazioni sono stabili e il diluente non deve evaporare troppo rapidamente nell'aria e diventare denso.
Alle alte temperature non vengono rilasciati gas nocivi.
Non ci saranno accumuli di sporco sulla superficie della cavità di pressofusione.

3.5 Pulizia della colata

Include l'uso di attrezzature come macchine da taglio e punzonatrici per rimuovere le porte e le scorie e di apparecchiature di lucidatura per pulire i getti.

3.6 Post-elaborazione

The treatment method for silicone rubber centrifugal casting jewelry is the same as that introduced earlier and will not be repeated.

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Heman

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Indice dei contenuti

Sezione I Accessori per leghe a basso punto di fusione

1. Introduzione a diversi elementi metallici tipici a basso punto di fusione

2. Leghe tipiche a basso punto di fusione

2.1 Lega di stagno

2.2 Lega di piombo

2.3 Selezione dei materiali in lega a basso punto di fusione per la gioielleria

2.4 Caratteristiche delle leghe a basso punto di fusione utilizzate nella gioielleria artigianale

3. Categorie e caratteristiche dei gioielli artigianali in lega a basso punto di fusione

4. Manutenzione dei gioielli in lega a basso punto di fusione

5. La sicurezza dei gioielli in lega a basso punto di fusione

Sezione II Prodotti in lega di zinco

1. Lega di zinco

1.1 Lega di zinco per la colata centrifuga della gomma siliconica

1.2 Lega di zinco per pressofusione

2. Esempi di gioielli in lega di zinco

Sezione III Il processo di produzione dei gioielli artigianali in lega a basso punto di fusione

1. Processo di colata centrifuga della gomma siliconica

1.1 Introduzione al processo di colata centrifuga

1.2 Caratteristiche del processo di colata centrifuga della gomma siliconica

1.3 Processo produttivo della colata centrifuga di gomma siliconica

Figura 4-3 Foglio di gomma siliconica

2. Processo di formatura per estrusione a freddo

3. Processo di pressofusione

3.1 Caratteristiche della pressofusione

3.2 Tipi di macchine per pressofusione

3.3 Selezione delle macchine per pressofusione

3.4 Processo di pressofusione

3.5 Pulizia della colata

3.6 Post-elaborazione

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