失蜡铸造法

现代常用的失蜡铸造工艺是由古代铸造工艺发展而来的。

距今5000多年前的新石器时代晚期，我国古代工匠就在青铜器的制造中广泛采用了失蜡铸造工艺。

当时的工匠根据蜂蜡的可塑性和
热挥发性的特点，首先将蜂蜡雕刻成需要形状的蜡模，再在蜡模外包裹黏土并预留一个小洞，晾干后焙烧，使蜡模气化挥发，同时黏土则成为陶瓷壳体，壳体内壁留下了蜡模的阴模。

这时再
将熔化的金属沿小孔注入壳体，冷却后打破壳体，即获得所需的金属铸坯。

现代失蜡铸造技术的基本原理并无二致，只不过更加复杂精密。

这主要体现在对蜡模的型位精确的要求更加严格。

现代工艺中蜡模的获得不只是对蜡的直接雕刻，还可以通过对金属原模（版）的硅胶模压得到阴模，再由硅胶阴模注蜡后得到蜡模。

浇铸材料也不再是黏土，而代以铸造石膏。

这样的产品比
古代的铸件精细得多。

夏、商、周三代创造了灿烂辉煌的青铜文化，大量造型复杂、纹饰繁缛、工艺高超的青铜铸件流传至今。

春秋时期创造出失蜡法、叠铸法等先进技术，铸成后的加工采用了镶嵌宝石、红铜
以及错金技术。

到战国时又出现了鎏金工艺。

在春秋晚期，中国进入早期的铁器时代，及至战国，冶铁已非常盛行。

西汉时冶铁成为最大手工业部门，当时采用炒铁技术。

到了南北朝时又
发明了灌钢法炼钢新技术，炼炉的鼓风设施亦有创造发明，汉代使用水力皮橐，宋代发明木风扇，明代改进为木风箱。

在商朝时，我们的祖先对于冶铸青铜器的技术已经非常纯熟，到了春秋
时期则进入铁器时代，甚至到了战国中期以后，更发展出一整套的炼钢技术，包括了渗碳钢、百炼钢、炒钢、灌钢等等。

因为中国是世界上最早采用高炉炼铁的国家，所以在古时候炼铁技术
是属于高水平的。

其次又在很早的时候就有了比较强的鼓风系统来加强炉子的温度，可以缩短冶炼的时间。

经历了渗碳钢、百炼钢、炒钢等过程，『灌钢法』的发明，是重要的里程碑。

方
法是选出素质较高的铁矿，冶炼生铁后，再将液态生铁浇注在熟铁上，经过融炼使得铁渗碳而成为钢。

这种方法不但加快了冶铁的时间，并减少锻打的次数，而且操作方法简便，同时对后来
的炼钢的技术产生深远的影响。

现代的失蜡铸造是目前首饰生产的主要手段。

失蜡浇铸实质是机械加工方法中的精密铸造。

失蜡铸造的铸造方法有真空吸铸、离心铸造、真空加压铸造和真空离心铸造等。

失蜡铸造的过程是：将原模用生硅胶包围，经加温加压产生硫化，压制成硅胶模；用锋利的刀片按一定顺序割开胶模后，取出原模，得到中空的胶模；向中空的胶模注腊，待液态的蜡凝固后
打开胶模取出蜡模；对蜡模进行修整后将蜡模，放入钢制套筒中灌注高温石膏浆；石膏经抽真空、自然硬化、按一定升温时段烘干后，融化金属进行浇铸（可利用正压或负压的原理进行铸造
）；金属冷却后将石膏模放入冷水炸洗，取出铸件后浸酸、清洗，剪下毛坯进行滚光；再进行执模和镶嵌、表面处理后即成为成品。

上面提到的正压、负压铸造是指铸模内部在铸造过程中的
压力状态而言。

正压铸造以离心铸造为代表，在铸造过程中，熔融金属进入铸模时，铸模内的压力为大气压，这样要使液态金属进入铸模就必须使金属克服大气压的作用——离心铸造就是将
液态金属坩埚与铸模安装在高速旋转的圆盘上，依靠离心力的作用使液态金属在圆盘的法向（径向）高速流动，产生注射作用进入铸模——也就是说，“正压铸造”过程中熔融金属进入铸模空
腔的瞬间，铸模内部压力大于铸模外部压力，两者的差值大于0，故而称为“正压铸造”；“负压铸造”以真空吸铸为典型，在铸造过程中，熔融金属进入铸模时，铸模内部的压力小于铸模外部
压力，两者的差值小于0，故而称为“负压铸造”——当然铸模内的负压必须通过与铸模连通的真空泵来完成，液态金属在大气压的作用下自然进入铸模。

从实际的生产效果上看，正压铸造与负压铸造本没有明显的差异，只是在一般情况下，正压铸造适用于产量较高的场合，而负压铸造适用于中等或产量较小的场合。

真空离心铸造是结合了正压铸造和负压铸造的优点的一种铸造方法，就其本质而言，真空离心铸造是属于负压铸造。

虽然这里的“真空”不只是指铸模内部，熔融金属及其容器——坩埚也是处
于真空状态，但按照我们上面对“负压铸造”的定义，在铸造过程中，铸模内部的压力小于大气压，因此将“真空离心铸造”归于“负压铸造”一类是合理的。

真空加压铸造也是结合了正压和负压铸造优点的铸造方法。

这种铸造方法的“真空”位置在石膏模一侧，而“加压”在盛放融化金属的坩埚一侧。

按照我们上面定义的分类方法，由于这种铸造方
法的铸模（石膏模）内部压力在铸造过程中是小于大气压的因此也应该归于“负压铸造”一类。

典型的失蜡浇铸（失蜡铸造）过程如上图所示。

由图示可以看出，失蜡浇铸是经过了阳模——阴模——阳模——阴模——阳模的转换而完成的，也就是说，阳模经过了银版——蜡模—
—成品毛
坯的三次转换。

在这三次转换中，产生一定的误差和变形是难免的。

但是合理的失蜡浇铸流程可以使这些误差和变形降低到最低限度。

失蜡浇铸的工序流程是：压制胶模——开胶模——注蜡（模）——修整蜡模（焊蜡模）——灌石膏筒——石膏抽真空——石膏自然凝固——烘焙石膏——熔金、浇铸——炸石膏——冲洗、酸洗
、清洗（——称重）——剪毛坯（——滚光）。

下面分别讲述各个工序。

压制胶模
制作胶模使用的胶是两面带沾胶的生橡胶片。

一般使用进口胶片，以Castaldo牌为多。

其中一种价格相对低一些，由于所含天然橡胶的成分较少，硫化后的硬度稍大，但压模时间较短，适合
于经验比较丰富的开模师进行操作；另一种价格稍高，所含天然橡胶的充分较多，质地柔软，韧性十足，适合于花型较为复杂、轮廓尺寸细小、凸凹明显的银版压模，在取出蜡模时不易折断
蜡模。

生胶片的保存必须注意控制其存放温度，在20℃以下一般可保存一年，在0~5℃保存时间可达到2~3年。

另外，也有一种预先制成一系列大小和厚度的橡胶模，其内壁有凸凹的连接脚，使用比较方便。

压制胶模的设备是（硫化）压模机，其主要部件由两块内带电阻丝和感温器件的加热板、定温器、定时器（有些型号没有此装置）等组成。

压模机上面还配有升降丝杠，用于压模及取出。

配套使用的还有压模框，根据其开孔的数量可以分为单板、双板、四板等型号，制造压模框的材料通常是铝合金。

一般压模框的尺寸为48mm×73mm，有时使用加厚的压模框压制较大的原
版，尺寸通常为64mm×95mm。

压胶模看似简单，其实其中也有许多细节必须讲究。

首先必须保证压模框和生胶片的清洁，压模之前应该尽可能地将压模框清洗干净，操作者清洗双手和工作台；其次要保证原版与橡胶之间
不会粘连，要做到这一点，就应该优先使用银版，如果是铜版则应该将铜版镀银后再进行压模，因为铜版很容易与橡胶粘连在一起；再次就是要注意根据具体情况确定适当的硫化温度和时间
——这两者不但基本符合某一个函数关系，而且还与胶模的厚度、长宽、原版的复杂程度有关，通常将压模温度定为150℃左右，如果胶模厚度在3层（约10mm），一般硫化时间为20~25
分钟，如果是4层（约13mm）则硫化时间可为30~35分钟……依次类推，同时硫化温度与原版的复杂程度也有关系：如果原版是复杂、细小的款式，则应该降低硫化温度，延长硫化时间（
如采用降低温度10℃，延长时间一倍的方法），反之如果温度过高，反而会影响压模的效果。

压模质量的好坏还取决于压埋模版的质量。

总的来说，首先应该使生胶片能够牢固紧密地粘接在一起，必须首先保证生胶片的清洁，不要用手直接接触生胶片的表面，而应该将生胶片粘上后
再撕去生胶片表面的保护膜。

要保证生胶与原版之间没有缝隙。

在填埋生胶时就应该仔细，尤其对某些细小的花型等细微孔隙，必须用碎小的胶粒填满，用尖锐物（如镊子尖）压牢。

为了避
免压出的胶模过于坚硬，填埋生胶时应该按照同一方向进行压埋。

为了保证胶模在相当时期内可以使用，应该使胶模具有足够的厚度，因此一个胶模最少也应该使用3层生胶压制。

将生胶叠压好原版后应该使胶模整体略大于压模框，即长宽略大（能够用力
压入压模框），胶模厚度在压入压模框后略高于框体平面约2mm。

压模还必须注意要首先预热，再放入已装压好生胶的压模框，旋紧手柄使加热板压紧压模框，硫化初期可以检查一下加热板是否压紧，硫化时间到了以后迅速取出胶模，最好使其自然冷却（
当然也可以用冷水冲凉）到不烫手时，就可以趁热用锋利的手术刀进行开胶模的操作了。

开胶模
开胶模是一项要求很高的技术，因为开胶模的好坏直接影响蜡模以及金属毛坯的质量，而且还直接影响胶模的寿命。

技术高超的开出的胶模，在注蜡后基本没有变形、断裂、披风的现象，基
本不需要修蜡、焊蜡，能够节省大量修整工时，得到较高的生产效率。

开胶模使用的工具比较简单，有手术刀及刀片、镊子、剪刀、尖嘴钳等。

注意初学者使用手术刀时必须使用新刀片，这样反而不容易划伤手指。

切割过程中为保证刀片与生胶片胶模之间的润
滑，可以在刀片上蘸水或洗涤剂（但是千万不能蘸油，因为油会使胶模变硬、变脆）。

胶模通常采用四脚定位法，也就是说，开出的胶模有四个脚相互吻合固定，四脚之间的部分有采用直线
切割的，也有采用曲线切割的。

一般胶模的使用寿命在2~3年之间。

注蜡
胶模开好后就可以进行注蜡操作了。

注蜡操作应该注意对蜡温、压力以及胶模的压紧等因素。

制作蜡模使用的蜡一般是兰色的模型石蜡，其融化温度在60℃左右，注蜡温度在65℃左右。

还有一些其他颜色的石蜡，性质略有不同。

蜡温及注射压力是由注蜡机决定的。

注蜡机的类别通
常有风压式和真空式两种。

这两种注蜡机的注蜡原理基本相似，就是利用气压将熔融状态的蜡注入胶模。

两者的区别在于真空式注蜡机能够先将胶模抽真空，在向胶模注蜡；而风压式注蜡机
只能直接向胶模注蜡。

所以通常操作以真空式注蜡机比较容易掌握，而风压式注蜡机则需要具有一定的经验。

注蜡机中的加热器和感温器能够使蜡液达到并保持一定的温度。

通常注蜡机中蜡的温度应该保持在70~75℃之间，这样的温度能够保证蜡液的流动性。

如果温度过低，蜡液不易注满蜡模，
造成蜡模的残缺；反之蜡液温度过高，又会导致蜡液从胶模缝隙处溢出或从注蜡口溢出，容易形成飞边或烫伤手指。

注蜡机蜡筒内的压力是由外接气泵提供的，一般应该保持在0.5~0.7at(或kgf/cm2)即
0.051~0.071Bar之间，也可以根据蜡模的体积和复杂程度进行适当的调整。

注蜡之前，首先应该打开胶模，检查胶模的完好性和清洁性。

如果是使用过的胶模，就应该向胶模中尤其是形状比较细小复杂的位置喷洒脱蜡剂（也可撒上少量滑石粉），以利于取出蜡模；
其次应该预热注蜡机，打开气泵，调整好压力和温度。

注蜡时，应该用双手将夹板（可以是有机玻璃板或木板、铝板等）中的胶模夹紧，注意手指的分布应该使胶模受压均匀；将胶模水口对准注蜡嘴平行推进，顶牢注蜡嘴后双手不动，用脚轻轻
踏合注蜡开关并随即松开，双手停留1~2秒后，将胶模放置片刻，即可打开胶模（如果胶模有底，应该首先将模底拉出），取出蜡模。

蜡模取出后仔细检查，如果出现比较严重的缺边、断脚
等问题，这样的蜡模就属于废品。

如果是一些比较细小的**，则应该进行蜡模的修整。

修整蜡模
一般而言，注蜡后取出的蜡模都会或多或少地存在一些问题，如飞边、多重边、断爪、肉眼可见的砂眼、部分或整体结构变形、小孔不通。

对于飞边、多重边、等**可以用手术刀片修光；
对于砂眼、断爪可以用焊蜡器进行焊补；小孔不通的可以用焊针穿透；对于蜡模的变形可以在40~50℃的热水中进行校正.
灌石膏、抽真空
将蜡树连底盘一起套上不锈钢筒（钢铃），在钢铃外面上包裹单面胶纸（胶纸最后应该高出钢铃上沿20cm左右）备用。

1）拌石膏浆：按钢铃的具体容积备好相应重量的石膏粉和水（若无蒸馏水，自来水也可），一般石膏粉和水的比例为2~2.5：1（这时的石膏浆比重约为2），可以根据气候的干湿、冷暖，
以及铸模的大小、复杂程度进行调整，水温在20~25℃之间比较适宜。

先将水放入搅拌容器中，开动搅拌器，逐步放入石膏粉，搅拌10分钟左右，即可进行第一次抽真空（1~2分钟）。

2）灌石膏：抽真空后的石膏浆马上沿钢铃的内壁缓缓注入，切忌将石膏浆直接倒在蜡模上，直至石膏浆没过蜡模约1cm，立即进行第二次抽真空。

抽真空2分钟完毕，自然放置6~12小时进
行以保证石膏的凝固。

烘焙石膏
石膏模的烘焙是保证浇铸正常进行的重要工序。

一般而言铸模烘焙时间为6~12小时。

烘焙的作用主要有：脱蜡、干燥和浇铸保温。

以18K金的烘焙为例，脱蜡温度为0~350℃，保温时间2小
时；干燥温度为350~700℃，保温时间2~3小时；浇铸保温温度为600~500℃，保温时间1~2小时。

一般的烘焙过程是：首先将电阻炉预热到起始温度，将石膏模水口向下放入炉中，以便使蜡液流出蒸发；在起始温区恒温1小时后，再以1~2小时的间隔逐步升/降温和恒温。

注意升温（或降
温）速度应该保持在100~200℃/小时，否则升温过快容易形成石膏模的裂纹，严重的可能造成石膏模损坏或报废，升温过慢又容易造成遗蜡或石膏模干燥不彻底，影响铸件的质量。

石膏模
的烘焙时间主要取决于腊模的大小和复杂程度，可以根据具体情况进行调整。

熔金、浇铸
真空吸铸机浇铸：石膏模烘焙接近尾声时，开始熔化已配好的金属并保持熔融状态。

石膏模待保温完毕，在吸铸机口部垫好石棉垫圈，将钢铃迅速从电炉中取出，水口向上放入待铸的真空吸
铸机口部，注入金水的同时轻踏吸铸板，即可完成浇铸。

浇铸完成后，注意打开放气开关进行放气。

真空感应离心浇铸机浇铸：首先打开机盖，在熔金坩埚中加入已配好的金属块，盖上机盖，设定预加热温度，开始熔金属。

待达到接近熔融状态，放入已保温完全的石膏模，盖好机盖，首先
抽真空，再加热到设定温度，并设定好离心加速度和稳定转速；达到设定温度后机器自动进入离心浇铸状态，约1~2分钟完成。

浇铸完成后，注意打开放气开关进行放气。

以上是比较常见的两种浇铸方式，其它方法与上述方法大同小异，这里就不作阐述了。

九. 石膏模的炸洗、清洗及剪毛坯
浇铸后的石膏模处于高温状态，从浇铸机中取出后需要自然放置10~30分钟（根据室温具体掌握），再放入冷水桶中进行炸洗。

石膏由于收缩作用炸裂后，取出金树，用钢刷刷去大块的石
膏，放入30%氢氟酸中浸泡10分钟，再夹出，冲净（若仍旧不行，则需要反复进行）；用高压清洗喷枪喷洗金属，除去剩余的石膏，直至金属表面干净。