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第二章 铸件铸造和打磨
第一节 包埋和铸造
【相关知识】
一、包埋的原则和方法
包埋是指利用与铸件合金或铸造陶瓷材料相匹配的耐高温包埋材料,将熔模完全包裹起来的过程。熔模经过包埋后形成铸型,铸型经过烘烤、焙烧后熔模材料熔化、挥发形成铸型腔。
(一)包埋原则
包埋应能为铸型腔提供光滑的表面,也应提供足够的强度以抵抗熔化的液体合金流入时产生的压力,且包埋材料体积膨胀能补偿铸件合金从熔化到凝固过程中产生的体积收缩。
(二)包埋方法
包埋方法通常分为一次包埋法与两次包埋法。以单冠、多单位桥熔模为例介绍一次包埋法和二次包埋法。
1.一次包埋法
又称插入包埋法,分为正插法与倒插法。正插法先用毛笔蘸取少许包埋料均匀涂布在熔模上,将熔模连同底座放入铸圈内,然后将剩余包埋材料倒入铸圈直至注满。倒插法先将铸圈用包埋材料注满,然后手持熔模底座垂直向下插入铸圈内,直到底座与铸圈上沿接触。
2.二次包埋法
内、外层分别调拌包埋材料,两次包埋。内包埋按要求的比例取适量的内层包埋材料,调拌均匀,排出气泡,如一次包埋法涂抹熔模表面,厚度为2~3mm;随即在其表层撒布一层干的内包埋粉,以吸收水分,加速凝固,增加其表面强度。外包埋:内包埋材料初步凝固或完成内包埋15~30min后,以水湿润内包埋层,浸湿铸圈,将铸圈套入熔模;根据比例调拌适量的外包埋材料(有时也用内包埋材料),按一次包埋法完成外包埋。
一次包埋法常在熔模结构简单、数目不多的情况下使用。二次包埋法适用于结构较为复杂,数目较多的熔模包埋。注意包埋时用蜡将铸圈及铸型底座相接触的区域封闭,以防止包埋材料外流,注意应选择与该熔模铸造合金专用的包埋材料,以便与合金熔点及收缩率匹配。
二、各类包埋材料的选择和注意事项
1.包埋材料的种类
按结合剂分类可分为石膏系包埋材料、磷酸盐系包埋材料、硅酸乙酯系包埋材料和其他(如锆、镁、铝等)体系包埋材料。按包埋焙烧温度分类可分为中低熔合金铸造用包埋材料和高熔合金铸造用包埋材料。按用途分类可分为非贵金属包埋材料、贵金属包埋材料、钛金属铸造包埋材料、铸造陶瓷专用包埋材料。
2.包埋材料的选择和注意事项
各种金属在熔铸过程中都会有不同程度的收缩,利用包埋材料的固化膨胀、吸水膨胀和温度膨胀,可以有效地补偿这种熔铸收缩。采用的铸造金属不同,其熔铸温度和收缩率也不同,所以必须选择与所使用的金属材料相匹配的包埋材料。金合金、金银钯合金等中低熔合金多采用石膏系包埋材料,钴铬合金、镍铬合金等高熔合金采用磷酸盐系或硅胶系包埋材料,钛金属则采用二氧化锆系耐高温包埋材料。注意所有包埋材料操作时都应注意遵循厂家提供的粉液比例和操作时间。
三、熔化合金的热源及用途
口腔科常用熔化合金热源有以下几种:
1.可燃性气体吹管火焰
将压缩空气或氧气与可燃性气体充分混合,利用其燃烧产生的巨大能量来熔化合金。常用的可燃性气体包括雾化的汽油、煤油和乙炔、氢气、丙烷等。火焰的大小可通过吹管调节。其中汽油吹管火焰,从内到外可分为混合焰、燃烧焰、还原焰和氧化焰四层;还原焰呈淡蓝色,其尖端温度最高,且因供氧不足,可防止合金熔化时被氧化,最适于熔化合金。常用于中、低熔合金的熔化。
2.高频感应磁场热能
利用高频交流电(1.2~1.9MHz)产生的磁场,使被加热的合金内部产生感应电流,因电阻效应而产生高热能,温度可达1 400℃以上,最高可达2 500℃。可用于熔化中、高熔合金。由于熔解过程是在合金内部进行,故对工作环境污染少,熔解速度快,元素烧损少,氧化残渣少,被熔合金流动性好,铸造成功率高,由于操作简便,广泛应用于临床。
3.中频感应热能
与高频感应熔化合金不同之处在于工作频率低,耗能低、熔化合金快、无电磁场干扰等优点。
4.电弧高能
采用低电压、强电流、可变电源调节,通过电极发生的电流产生弧放电,电弧的高能使合金熔化。可用于熔化高熔合金,该法多用于真空条件下铸造。
四、修复体铸造的种类
铸造必须借助于外力才能将熔化的液态合金注入铸型腔内,这种外力通常是离心力和各种表现形式的压力。
1.离心铸造
利用电动机或发条的强力带动,使旋转机臂高速转动而产生离心力,将熔化的合金注入铸型腔内。离心铸造机的旋转机臂以旋转轴为中心,一端安放铸圈及坩埚,另一端为平衡侧,可根据铸圈的大小进行调整,使两端平衡。当坩埚内的合金完全熔化,启动旋转机臂,通过机臂的高速转动获得离心力,将液态合金注入铸型腔内,完成铸造。离心铸造机分为立式和卧式两种,可用于高熔和中、低熔合金的铸造。
2.真空铸造
又称吸引铸造,在熔化合金的同时,铸型的周围抽吸排气形成的真空状态,并在此状态下熔化合金,待合金完全熔化后,解除真空,使合金液入铸型腔内。
3.真空加压铸造
在熔化合金的同时,铸型的周围抽吸排气形成真空状态,并在此状态下使合金熔化。当熔化的合金液流至铸造口时,从合金液上部加入较大压力,此时铸型的周围仍处于抽吸状态,利用这种压力差使熔化的合金液注满整个铸型腔。
4.离心压力铸造
将熔化的合金液利用离心力注入铸型腔时,再以较大压力的惰性气体在合金液表面加压,促使合金液注满铸型腔。
5.离心抽吸加压铸造
在熔解合金时,从铸型的底部及四周进行抽吸排气,从而造成熔金室与铸造室间产生较大的压力差。当合金熔化后,利用离心力促使合金液注入铸型腔内的同时,铸型的底部及四周仍抽吸排气,并同时从合金液的表面加入较大的惰性气体压力。合金液在离心力、负压抽吸、加压的三种作用力下快速注满铸型腔。
6.机械加压铸造
是利用特制的推压杆将熔融态物体推压入铸型腔内形成铸件的方法,常用于铸瓷技术。
五、高频离心铸造机的使用方法
以国产高频离心铸造机为例,介绍使用方法:
1.打开电子锁开关,机器开始工作,观察电压表显示是否正常,并对机器预热5~10min。
2.将预热好的坩埚放置在坩埚托架上,按要求放入适量合金。
3.将焙烧好的铸型放在托架上,使铸型浇铸口对准坩埚口,调整离心机平衡配重,对准工作点。
4.关闭铸造室门,按下高熔合金熔解键。
5.通过观察窗观察合金熔解情况,达到可铸造状态时,按下铸造键,离心臂旋转5~10s后,按停止键,待离心臂停止转动后,打开铸造室门,取出铸型,室温冷却。
6.如需连续铸造多个铸型,每次应间歇3~5min,连续熔解5次后应风冷间隙10min。
【技能要求】
一、包埋单冠、多单位冠桥熔模
1.包埋单冠及多单位冠桥熔模步骤
按要求调拌好包埋材料,以毛笔尖蘸取少量包埋材料,轻轻涂抹于熔模的表面,涂布时由点到面,不能形成气泡,尤其是点、线角处及熔模的组织面。逐层均匀涂布,直至熔模被包埋材料完全覆盖并形成1~2mm厚度;铸道及储金球也需有包埋材料包裹。将选好的铸圈就位于配套底座上,顺着铸圈侧壁将剩余的包埋材料由顶端缓慢注入,边注入边震荡或轻敲铸圈外壁,以排出气泡,直至注满。待包埋材料凝固后取出成型座。此方法属于一次包埋,二次包埋法现已不常使用。
二、包埋可摘义齿支架
1.磷酸盐耐火材料一次包埋法
磷酸盐包埋材料既可以用于包埋熔模,也可用于翻制耐火材料模型,目前磷酸盐包埋材料采用的粉液比多为100g包埋材料加入13ml水或专用液。以正竖(插)法铸道的熔模为例,其包埋方法为制作完支架蜡型的模型固定于铸圈底座上,使铸道口位于铸型中心部位,然后铸圈就位,调拌磷酸盐包埋材料,经过真空搅拌后,在振荡器的震动下,将包埋材料缓慢注入铸圈。包埋材料结固并开始产热后,取下铸圈及其底座即成无圈铸型。
2.正硅酸乙酯包埋材料二次包埋法
按比例(粉液比2∶1或3∶1)调拌正硅酸乙酯内包埋材料,呈糊状,采取涂挂、浇淋、浸入等方法进行内包埋;表面均匀撒布干的粗石英粉,以吸出多余的正硅酸乙酯液体,提高表面强度和膨胀性能,增加透气性。内包埋材料凝固后,熔模置于浓氨气容器中干燥固化15min;取出后重复上述操作直至包埋材料厚度达到3mm左右。散净氨气,再完成外包埋。
三、铸造
(一)选择铸造方式
非贵金属合金及贵金属合金可使用高频离心铸造机、真空压力铸造机等铸造设备,应根据厂家说明为不同合金设定不同的铸造模式。钛因其熔点高,密度小、流铸性差的特性,应与合金有所区分,使用钛铸造机铸造。铸瓷材料应使用铸瓷炉,利用机械加压方式铸造。
(二)铸造
以使用高频离心铸造机铸造非贵金属合金铸件为例:
1.铸造前准备
(1)确认铸造机正常运行:
确认铸型烘烤焙烧的温度和时间符合要求。
(2)合金用量的估算:
确定合金投入量是为了避免投入不足造成铸造不全或投入过多造成浪费。计算方法有比重计算法、估算法等。非贵金属常采用估算法来确定合金的投放量,首先对铸件本身的重量进行估算;然后再根据竖立铸道柱的数量、粗度和长短对铸道柱的重量进行估算。将铸件重量和铸道柱重量相加,即为铸造合金的投放量。通常合金的投放量比二者相加量还要稍大,以保持一定的铸造压力。
(3)坩埚的选择和使用:
不同材质的坩埚其用途不同,非贵金属材料常使用氧化铝坩埚,注意熔解不同种类合金时,坩埚不能混用,防止不同合金的相互污染而造成合金性能的改变。熔金前,坩埚应进行预热,以缩短熔金时间,减少合金的氧化,又能防止坩埚因瞬间加热过快造成爆裂。
2.铸造
参照高频离心铸造机使用方法对摆放坩埚和铸型,调整离心机平衡配重。
(1)投放合金:
不论采用何种铸造方法,都要求合金块之间紧密接触无间隙。使用块状合金时可采取叠放法;使用柱状合金时可采用垂直摆放,并使所有的合金都紧密接触,以求尽快获得热量,加快熔解,减少氧化。
(2)熔解温度的控制:
关闭铸造室门,按下熔解键。根据设定好的非贵金属模式进行溶解。注意不同的合金熔解温度不同。铸造温度略高于合金的熔解温度,目的是使合金完全熔化,增加合金的流动性,降低黏滞性,保证铸造成功。
(3)铸造时机的控制:
合金的最佳铸造温度是在合金熔点基础上增加100~150℃。通过观察窗观察合金状态,确定最佳铸造时机出现时按下铸造键,待离心臂旋转结束后取出铸型,冷却至室温。
(三)不同合金的铸造时机
实际操作时,可通过观察合金的颜色和流动性进行判定。各种合金熔解铸造的最佳时机如下:
1.金合金
熔化时分散的合金块向坩埚底聚积,随着温度的上升形成球面,呈淡黄色,光亮如镜,随火焰燃烧而转动、颤动时,为最佳铸造时机。
2.镍铬合金
熔化时边缘角变圆钝,合金崩塌下陷形成球状,但表层的氧化膜未破,此时为最佳铸造时机。
3.钴铬合金
熔化成球状,表层的氧化膜似破非破时,为最佳铸造时机。