ریخته‎گری : تولید انبوه طلا و جواهر

ریخته‎گری : تولید انبوه طلا و جواهر
ریخته گری طلا و جواهر
صنعت طلا و جواهر مشاغل متفاوت و مختلفی دارد که شاید در ظاهر حرفه بیشتر شغل طلا فروشی به چشممان بیاید؛ اما اگر کمی از این صنعت بیشتر آگاهی پیدا کنیم، به گستردگی و پر شاخه بودن آن پی می‎بریم. صنعت ریخته‎گری طلا و جواهر نیز یکی از صنایع گسترده این حرفه است که برای کار در آن باید از تبحر و مهارت‎های کافی برخوردار باشیم. اما ریخته گری طلا و جواهر در حقیقت چیست؟ واضح‎ترین صورتی که می‎توان این حرفه و صنعت را شرح داد، به صورت زیر است:
هرگاه طلا و جواهرساز بخواهد از روی یک نمونه مشخص تعداد زیادی تولید کند، ناچار باید از تکنولوژی ریخته گری فلزات قیمتی و ریخته گری طلا و جواهر بهرمند شود.
به عنوان مثال اگر توان یک هنرمند طلا و جواهرساز، تولید روزی یک انگشتر باشد و تعداد 100 عدد انگشتر یک شکل سفارش بگیرد باید 100 روز کار کند تا سفارش فوق را تحویل مشتری دهد. اما با استفاده از روش های ریخته گری طلا و جواهر می تواند یک قالب از روی نمونه اولیه تهیه کرده و سپس با استفاده از ابزارها و روش‎های مربوطه، در عرض یک روز تعداد 100 عدد انگشتر مورد سفارش خود را تولد و تحویل خواهد داد.
انواع روش‎های ریخته گری طلا و جواهر را می‎توان به ترتیب الویت تاریخی به شرح زیر عنوان نمود:
1. ریخته گری طلا و جواهر به روش خاک ماسه
2. ریخته گری طلا و جواهر به روش سانتریفوژ
3. ریخته گری طلا و جواهر به روش (ساکشن) مکشی
4. ریخته گری طلا و جواهر به روش القایی
در ادامه این مقاله هر کدام از انواع ریخته‎گری را به صورت مفصل بیان می‎کنیم. همچنین اگر بخواهیم مراحل ریخته گری طلا و جواهر را به ترتیب الویت در اجرا نام ببریم باید به روش زیر عمل کنیم :
• پس از ساخت قالب اولیه توسط قالب ساز، فرآیند ریخته گری طلا و جواهر آغاز می‎گردد.
1. ابتدا قالب اولیه را بین لاستیک‎های مخصوص قرار داده و آن را زیر لاستیک پز می‎گذارند و از نمونه اولیه قالب گیری می‎نمایند .
2. در مرحله بعد ریخته گری طلا و جواهر و پس از سرد شدن لاستیک با استفاده از تیغ‎های مخصوص، لاستیک را با دقت و ظرافت به دو نیم بریده و قالب اصلی را از بین آن خارج می‎کنند.
3. پس از خارج کردن قالب اصلی فضای باقی مانده از جای آن، خالی خواهد ماند. لاستیک‎های بریده شده را مجددا روی یکدیگر قرار داده و توسط دستگاه مربوطه، موم یا رزین مخصوص را به داخل آن تزریق می‎کنند. به دین شگل تعداد زیادی از نمونه اولیه، اما از جنس wax یا موم تکثیر می‎نماییم.
4. موم‎های خارج شده از لاستیک را در دور یک شاخه اصلی متصل و داخل سیلندر مخصوص شاخه کرده و روی آن گچ مربوط به همین کار را می‎ریزیم و روی دستگاه هواگیر قرار می‎دهیم تا حباب‎های احتمالی آن خارج شود.
6. سپس آن را داخل کوره ریخته گری طلا و جواهر (موم زدا) گذاشته تا با استفاده از حرارت کوره ضمن سرعت بخشیدن به خشک شدن کچ، موم‎های داخل گچ خارج شوند. به این شکل فضای باقی مانده از جای موم‎های خارج شده از بین گچ، به صورت قالب‎های منفی نمونه مورد نظر خواهد بود.
7. در مرحله آخر ریخته گری طلا و جواهر سیلندر را داخل کوره اصلی قرارداده وحرارت گچ سیلندر را به درجه حرارت مخصوص رسانده و سپس طلای مذاب یا هر فلز دیگر را داخل آن می‎ریزیم.
8. پس از اتمام کار ریخته گری طلا و جواهر، گچ ها را شکسته و نمونه‎های فلزی را از شاخه جدا می‎نماییم.
با این روش ریخته گری طلا و جواهر حالا تعداد زیادی از نمونه اولیه داریم که با کمترین زمان ممکن، ساخته شده‎اند. البته پس از اتمام کار ریخته گری باید این نمونه‎ها به مراحل بعدی تحویل گردد تا پس از بساب کاری، جوشکاری، منتاج کاری و غیره … برای نصب سنگ‎های قیمتی و مراحل بعدی آماده گردند.
حالا که به صورت بسیار کلی با مراحل ریخته‎گری طلا و جواهر آشنا شدید در زیر به صورت دقیق‎تر و موشکافانه‎تر به اصول ریخته‎گری طلا و جواهر می‎پردازیم:
جزئیات مراحل ریخته گری طلا و جواهر
مرحله اول: مدلسازی
چیزی که همیشه در ریخته گری طلا و جواهر ثابت خواهد بود شروع عملیات ریخته گری با مدلسازی است. قبل از مدلسازی کار طراحی انجام می‎شود و سپس مدل بر آن اساس ساخته می‎شود . در گذشته طراحی توسط دست انجام می‎شد اما امروزه از نرم افزارهای کامپیوتری استفاده می‎شود. مدل می‎تواند از مواد مختلفی همچون فلز، موم، پلاستیک و یا … ساخته شود.
طراحی اولیه طلا و جواهر، با ترسیم بر روی کاغذ
طراحی مدل طلا و جواهر در نرم افزار راینو
پس از طراحی طلا و جواهر مورد نظر خود قدم مدل سازی را بر می‎داریم. مدلسازی عبارت است از ایجاد و یا ساخت یک نمونه اولیه از قطعه کاری که اصولاً به چند روش قابل انجام است. در زیر به برخی از آن‎ها می‎پردازیم:
مدلسازی به روش سنتی:
در این روش برای ایجاد یک نمونه اولیه از نقره و برنج و در برخی از موارد از چوب نیز استفاده می‎گردید که این کار اولاً به مهارت فردی بالا و قدرت انجام مراحل عملی دقیق نیاز داشت. ثانیاً به علّت استفاده از دست و ابزارهای محدود، ساخت مدل با دشواری و صرف زمان زیاد قابل انجام بود.
مدلسازی با استفاده از دستگاه‎های تراش مدل:
در این روش ابتدا نمونه اولیه با استفاده از رایانه طراحی می‎شود و سپس دستگاه بر اساس طرح موجود شروع به تراشیدن قطعه که اصولاً از جنس موم سخت یا برنج است می‎نماید. این سیستم در مقایسه با روش سنتی از مزیت‎های زیادی برخوردار است که می‎توان به برخی از آن‎ها اشاره کرد:
• امکان اصلاح طرح قبل از انجام مراحل عملی کار، به سادگی انجام پذیراست.
• طراحی با استفاده از نرم افزارهای رایانه‎ای بسیار ساده گردیده است.
• دقت در ساخت نمونه اولیه، نسبتاً بهبود یافته است.
• زمان بسیار کمتری برای انجام کار مورد نیاز است.
مدل سازی با استفاده از دستگاه های پرینت سه بعدی:
برای مدل سازی در این صنعت اغلب از پرینترهای سه بعدی DLP استفاده می‎شود. ماده به کار رفته در این نوع از پرینترها پلیمرهای مایعی هستند که بر اثر تابیده شدن نور با انجام یک سری واکنش‎های شیمیایی از حالت مایع به حالت جامد تغییر حالت می‎دهند. به این ترتیب لایه‎های مدل یکی پس از دیگری بر روی هم پخت شده و در نهایت مدل جواهر با کیفیت و صافی سطح بالایی به دست می‎آید.
این دستگاه‎ها در مقایسه با دستگاه‎های تراش مدل از مزیت‎های زیر برخوردارند:
1- دقت دستگاه‎ها به دلیل ایجاد مدل با ساختار لایه‎ای بسیار بالاتر است.
2- ایجاد طرح‎های پیچیده ساده‎تر است.
مرحله دوم: ساخت قالب ریخته گری
قالب‎های ریخته گری برای تولید یک نسخه درست مانند مدل شما به کار می‎رود که این قالب ها به دو روش ساخته می‎شوند:
1) ساخت قالب لاستیکی و یا سیلیکنی از روی مدل‎های مومی یا غیر فلزی:
در این روش، مدل در داخل یک قاب قرار گرفته و سپس قاب با یک سری از مواد شیمیایی از ترکیبات سیلیکنی مایع پر می‎شود. پس از مدتی، مواد شیمیایی به صورت جامد در می‎آیند که این مواد دارای خواص لاستیکی می‎باشند.
2) ساخت قالب لاستیکی به روش پخت لاستیک:
در این روش از یک سری لاستیک‎های ویژه که به صورت ورقه‎ای و یا خمیری در بازار موجود می‎باشند، استفاده می‎گردد. به این صورت که جسم فلزی و یا هر نوع جنس که تحمل دمای 400 تا 450 درجه سانتی گراد را داشته باشد در میان لایه های لاستیکی قرار داده می‎شود و سپس با توجه به اندازه قطعه کار و نوع لاستیکی که در زیر پرس‎های مخصوص پخت لاستیک قرار می‎گیرد گرما از دو سطح بالایی و پایینی به لاستیک رسیده و لایه‎های لاستیکی به هم می‎چسبند.
بعد از طی یکی از روش‎های فوق، یک قالب لاستیکی اطراف مدل شما را فرا گرفته است که با یک تیغ جراحی مخصوص، قالب لاستیکی بریده شده و مدل از میان آن خارج می‎گردد و یک فضای خالی جهت تزریق موم در مرحله بعد فراهم می‎گردد.
مرحله سوم: تزریق موم
در این مرحله، موم به وسیله دستگاه تزریق، درون قالب‎های لاستیکی و یا سیلیکنی که در مرحله قبل تهیه شده‎اند تزریق می‎گردد و فضای خالی درون قالب بدین ترتیب، از موم پر می‎شود و یک کپی مومی از مدل شما تهیه می‎گردد. در این مرحله به تعدادی که از مدل می‎خواهیم بسازیم باید کپی مومی تهیه کنیم.
مرحله چهارم: شاخه کردن
مدل‎های تهیه شده در مرحله قبل را به وسیله یک هویه به یک مفتول مومی می‎چسبانیم تا به صورت یک درختچه درآید و سپس انتهای درختچه را در کفی لاستیکی مخصوص سیلندر ریخته گری قرار می‎دهیم. یک درختچه مومی می‎تواند شامل یک و یا حتی صدها مورد از مدل های مومی باشد. نکته مهم این است که زاویه دنبالک‎های مدل ها با محور اصلی (مفتول مومی) باید به صورت تند باشد. لازم به ذکر است که برای انجام عملیات ریخته گری در مراحل بعد، می‎بایست حدود 14 برابر وزن شاخه موم، طلای عیار 18 (750) را ذوب و تهیه کرد.
مرحله پنجم: گچ گیری سیلندر ریخته گری
زمانی که مرحله شاخه کردن موم ها تمام شد، شاخه مومی را در یک سیلندر فلزی ریخته گری قرار داده و آن را با گچ مخصوص ریخته گری به روشی که در ادامه بیان می‎شود پر می کنیم تا شاخه را پوشش دهد. زمانی که گچ خشک شد، یک قالب نسوز و خشک برای استفاده در کوره‎های ریخته گری فراهم است. شاخه مومی به نحوی که در تصویر مشخص است بر روی کفی لاستیکی سیلندر سوار می‎گردد.
سیلندر ریخته گری در حالت‎های با فلانج و بدون فلانج به کار می‎رود و از جنس فولاد ساخته می‎شود. بعد از اینکه درختچه موم در داخل سیلندر قرار گرفت، با استفاده از نوارچسب‎های پهن، آب بندی شده و سیلندر آماده گچ گیری است. برای گچ گیری سیلندر از ماشین میکسر گچ استفاده می‎شود. در این ماشین آب و گچ در محیطی کاملاً عاری از هوا با هم مخلوط می‎شوند و در داخل سیلندر تزریق می‎گردد. دستگاه مجهز به سیستم ارتعاشی (ویبره) است تا گچ تزریق شده در سیلندر را کاملاً هواگیری کند. این عمل از هر گونه خلل و فرج در سطح قطعات در مرحله ریخته گری جلوگیری می‎کند. میزان گچ مورد نیاز برای گچ گیری یک سیلندر به قطر 100 میلی متر و به ازای هر یک سانت، تقریباً برابر 100 گرم می‎باشد.
پس از اتمام مرحله گچ گیری سیلندر، آن را در یک محیط خشک و بدون تابش نور مستقیم خورشید قرار می‎دهیم تا گچ خشک گردد. این مدت حدوداً بین 3 تا 5 ساعت، بسته به حجم سیلندر به طول می‎انجامد.
مرحله ششم: موم زدایی و پخت سیلندر
بعد از این که گچ به طور کامل خشک گردید، سیلندر ریخته گری را در موم گیر بخار قرار می‎دهیم. با استفاده از گرمای غیر مستقیم بخار، سیلندر، گرم شده تا موم داخل سیلندر که دمای ذوب پایینی دارد آب شده و از داخل گچ خارج گردد. بعد از انجام این مرحله که حدوداً 2 تا 3 ساعت به طول می‎انجامد سیلندر آماده برای پخت می‎گردد.
در پایان این مرحله، سیلندرهای گچی وارد یک کوره پخت می‎گردند تا پس از طی یک دوره زمانی 8 الی 12 ساعتی، یک قالب گچی آماده برای تزریق فلز در مرحله ریخته گری فراهم شود.
مرحله هفتم: ریخته گری
با قراردادن سیلندرها در یک سانتریفیوژ یا ماشین ریخته گری در شرایط خلا، مرحله ریخته گری آغاز می‎گردد. در این مرحله، فلز طلا یا آلیاژهای دیگر استفاده شده در داخل بوته ماشین، ذوب می‎گردند و به داخل قالب گچی تزریق می‎گردند.
از انواع روش‎های ریخته گری می‎توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- روش سانتریفیوژ (گریز از مرکز):
در این روش، طلا در یک مخزن افقی با استفاده از سری گاز یا هوا ذوب می‎گردد. سیلندر ریخته گری، پشت بوته ذوب قرار داده شده و درب دستگاه بسته می شود. کلید Start (شروع) باعث چرخش شدید سیلندر می‎گردد و با استفاده از نیروی گریز از مرکز فلز به داخل سیلندر تزریق می‎شود.
این روش از ابتدایی ترین و کارآترین روش‎های ریخته گری در گذشته بوده است و هم اکنون نیز استفاده از آن در بسیاری از کارگاه های سنّتی متداول است.
از مشکلات مهم این روش می‎توان به موارد زیر اشاره کرد:
– عدم ایمنی در کار
– عدم وجود هر گونه کنترل، جهت نظم بخشیدن به برنامه کاری برای دستیابی به نتیجه مطلوب
– امکان اکسید شدن طلا و هدر رفتن آن به دلیل انجام ذوب به صورت باز
– عدم تزریق مطلوب به داخل سیلندر در اکثر موارد
2- روش وکیوم (شرایط خلا):
این روش که اندکی جدیدتر از روش سانتریفیوژ می‎باشد از ایمنی بیشتری برخوردار است. سیلندر ریخته گری روی دهانه یک مخزن بسته قرار می‎گیرد و در آنجا محکم می‎شود. مخزن مجهز به یک سیستم وکیوم (مکش) است. کاربر طلا را در کوره های سنّتی ذوب کرده و سپس با استفاده از انبر، آن را به صورت دستی در سیلندر ریخته گری می‎ریزد و در حالی که همزمان مکش را استارت می‎کند، طلا از پایین مکیده شده و به داخل سیلندر تزریق می‎گردد.
این روش نیز دارای مشکلاتی از قبیل موارد زیر است:
– عدم ایمنی در کار
– عدم کنترل بر روی سیستم مکش، باعث می‎شود تا در برخی موارد به دلیل فشار زیاد، طلا از کف سیلندر خارج شده (اصطلاحاً سیلندر بترکد) یا در برخی موارد به دلیل فشار کم سیلندر به خوبی تزریق نشود.
– به دلیل انجام ذوب به صورت باز، امکان اکسید شدن طلا و هدر رفتن آن وجود دارد.
– انجام این کار نیاز به تجربه فراوان دارد و به سادگی انجام پذیر نیست.
3- ریخته گری با استفاده از ماشین‎های القایی با سیستم حفاظت شده:
در این روش، سیلندر در داخل ماشین قرار گرفته و به صورت اتوماتیک در قسمت زیرین بوته جای می‎گیرد. طلای جامد را درون بوته ماشین قرار می‎دهند و سپس درب آن را می‎بندند. ماشین در مدت 5 الی 7 دقیقه به دمای مطلوب می‎رسد و طلا را ذوب می‎نماید. در این ماشین از گاز حفاظتی آرگون قبل از انجام عملیات تزریق فلز به داخل سیلندر استفاده می‎شود تا مسیرهای داخل سیلندر روان شده و آماده پذیرش فلز (طلا) شوند. بعد از انجام عملیات گفته شده، گاز آرگون توسط ماشین مکش شده و همزمان عملیات تزریق فلز به داخل سیلندر در شرایط خلا انجام می‎شود.

پس از پایان عملیات ریخته گری که ممکن است به یکی از روش های فوق انجام شود، سیلندر را از داخل ماشین خارج می‎کنیم تا طلا اندکی خنک شده و از حالت مایع به صورت جامد درآید. این مدت، بسته به اندازه مدل‎های ریخته گری شده بین 5 تا 15 دقیقه می‎باشد. بعد از آن، آن را داخل یک ظرف آب قرار می‎دهیم و شستشو می‎دهیم تا قالب گچی شکسته شود و نتیجه عملیات ریخته گری که یک شاخه درختی است ظاهر شود. سپس برای شستشوی کامل قطعه از ماشین گچ شور Water Jet استفاده می کنیم. در این ماشین، با استفاده از فشار زیاد آب، گچ های باقی مانده بر روی سطح قطعات ریخته گری، شسته می‎شود.
مرحله هشتم: برش شاخه‎های ریخته گر
زمانی که درختچه ها از مرحله ریخته گری خارج شد، لازم است با ابزار برش، شاخه های ریخته گری را جدا کرد. از قیچی بادی مخصوص نیز می توان استفاده نمود که سرعت و دقت برش را بالا برده و نیاز به نیروی انسانی کمتری دارد. پس از بریدن شاخه های ریخته‎گری، شاخک های کوچک اضافی که هنوز به قطعه وجود دارند با ابزارها و روش های متفاوتی ساییده می‎شوند.
مرحله نهم: شستشو
در این مرحله از ماشین شوینده التراسونیک برای تمیز کردن قطعه از براده های مرحله سایش و ذرات ریز گچ که در حفره های کوچک قطعه کاری باقی ماننده اند استفاده می گردد. استفاده ویژه این ماشین در مورد چربی گیری و تمیز کردن قطعه، قبل از انجام آبکاری می‎باشد.
این ماشین با استفاده از سیستم مافوق صوت، امواجی قوی در محیط مرطوب ماشین ایجاد می کند که منجر به پاک شدن قطعه کاری از آلودگی‎های میکروسکوپی می گردد و در نتیجه قطعه پس از خروج از این ماشین دارای درخشندگی خاصی می‎شود.
مرحله دهم: پرداخت و جلا
عملیات پرداخت، در ماشین آلات مخصوص پرداخت قطعات ریخته گری، همراه با موادی همچون قطعات سرامیکی، آب، خرده چوب نرم و … انجام می شود تا مواد اضافی موجود بر سطح قطعه مانند ذرات گچی بجا مانده از عملیات ریخته گری و نیز لکه های باقی مانده بر روی فلز پاک شود.
مرحله یازدهم: آبکاری
در این مرحله با استفاده از سیستم الکترولیت، لایه بسیار ظریفی از فلزات گران‎بها مانند رادیوم، روتونیم و … روی زیورآلات نشانده می‎شود که باعث ایجاد برق و جلای ویژه‎ای بر روی سطح کار می‎شود.
مرحله پایانی
برای تمیز کردن نهایی بعد از اتمام مرحله پرداخت و شستشو، از ماشین بخار شور استفاده می‎شود که بهترین نتیجه را برای کارهای دارای سنگ های جواهر از قبیل الماس، زمرد، یاقوت و … می دهد. هم چنین قبل و بعد از انجام آبکاری رادیوم برای حذف اکسیدهای فلز و پرداخت آن از ماشین بخار شور استفاده می‎گردد. این، موثرترین روش و زمانی کوتاه برای دست یافتن به بهترین آبکاری(رادیوم) است.
از ماشین بخار برای تجدید و جلا دادن طلا و جواهر که در معرض نمایش قرار داده شده است نیز استفاده می‎گردد. این عمل در عرض چند ثانیه و با قرار دادن قطعه طلا در زیر دهانه بخار ماشین صورت می‎گیرد که باعث تمیز و درخشان شدن آن می‎گردد.