14 - Odlewanie metali, Stomatologia, Materiałoznawstwo stomatologiczne

PRZYGOTOWANIE FORM ODLEWNICZYCH I ODLEWANIE METALI

 

Wykonanie odlewów metalowych uzupełnień protetycznych lub części metalowych protez (wkładów, koron, mostów, szkieletów protez ruchomych) odbywa się metodą „traconego wosku”. Procedury niezbędne do sporządzenia odlewów obejmują:

·         wykonanie na modelach roboczych (gipsowych, bądź modelach powielonych z masy ogniotrwałej) wzorców - woskowych modeli protez lub ich metalowych elementów;

·         przyklejenie wzorców kanałów odlewowych do woskowych modeli protez;

·         sporządzenie form od­lewniczych, obejmujące: umieszczenie woskowych wzor­ców (protez wraz z kanałami odlewowymi) na szczycie stożka odlewniczego podstawy formy odlewniczej i ich zatopienie w masie ogniotrwałej, pozwalającej na dokładne odwzorowanie ich kształtu i szczegółów anatomicznych;

·         wygrzewanie form odlewniczych – mające na celu:

-          usunięcia woskowych wzorców z form odlewniczych w celu utworzenia pustych przestrzeni przeznaczonych do wypełnienia płynnym metalem,

-          nadanie formie odlewniczej własności, niezbędnych do wykonania odlewu (poszerzenie formy odlewniczej, uzyskanie odpowiedniej temperatury),

·         odlewanie - wypełnienie formy odlewniczej płynnym (stopionym) metalem;

·         uwolnienie odlewów z masy osłaniającej, obróbka mechaniczna (szlifowanie i polerowanie).

 

Przyklejanie wzorców kanałów odlewowych

 

     Wzorce kanałów odlewowych inaczej ćwieki odlewnicze są to sztyfty o średnicy 1-3 mm, wykonane z wosku, tworzywa, a nawet metalu. Przy ustalaniu średnicy kanałów odlewowych dla wzorców woskowych uzupełnień protetycznych należy kierować się zasadą wyboru ćwieków odlew­niczych o możliwie największych rozmiarach. Wykonanie bowiem kanałów odlewowych o zbyt małym przekroju może powodować, w trakcie wypełniania formy odlewniczej płynnym metalem, opory przepływu metalu prowadząc do defektów odlewu (porowatość w wyniku skurczu metalu). Je­den koniec ćwieka przyklejamy do wzorca woskowego, a drugi do stożka odlewniczego (wykonanego zwykle z tworzywa silikonowego). Stożek ten usuwany jest z pierścienia odlewniczego po związaniu masy osłaniającej. Natomiast ćwieki odlewnicze są wypalane podczas procesu wygrzewania, pozosta­wiając po sobie wlot, albo inaczej kanał odle­wowy, przez który stop złota będzie wtłaczany do wnętrza formy odlewniczej.

Podczas mocowania ćwieka odlewniczego, należy najpierw w wybranym miejscu wzorca umie­ścić małą kroplę wosku kleistego, a następnie osadzić na nim ćwiek i nadtopić wosk dookoła jego podstawy, modelując gładkie przejście ćwieka w woskowy wzorzec (bez przewężeń). Należy pamiętać o tym, aby nie narażać wzorca protezy na przedłużone działanie wysokiej temperatury. Ćwieki odlewnicze łączy się z woskowymi modelami protez w punktach ich największej grubości albo w miejscach najbardziej wypu­kłych, dzięki czemu stop metali będzie swobodnie wpływać do wszystkich okolic formy. Modele protez stałych zębów bocznych łączy się z ćwiekiem odlewniczym, umieszczając go na szczycie guzka wykazującego najgrub­szą warstwę wosku. Umieszczenie ćwieków w miejscach wycienionych powoduje taki sam skutek jak za­stosowanie ćwieków o zbyt małej średnicy, tj. porowatość w wyniku skurczu metalu. Poro­watość może być także wynikiem turbulencji metalu, która zdarza się przy kanałach odlew­niczych ustawionych pod kątem prostym względem ścian wzorca. Nieprawidłowe usytuowanie kanałów może także powodo­wać nierównomierną rozszerzalność formy odlewniczej.

Przy odlewach koron na zęby boczne, prócz kanału odlewowego połączonego z największą wypukłością wzorca (guzkiem na powierzchni żującej), można także zastosować dodatkowy kanał przebiegający zwykle między ko­lejnym guzkiem (w okolicy licowanej), a pod­stawą stożka odlewniczego (wzorzec tego kanału należy także przyklejać do modelu korony osadzonej na kikucie zębowym). Wierzchołek guzka, do którego umocowa­no dodatkowy ćwiek odlewniczy powinien być niższy od punktu wejścia głównego kanału odlewowego (ryc.1). W takich przypad­kach nie ma potrzeby stosowania podczas odlewania dodatkowych wentyli, pod warun­kiem, że zapewni się ucieczkę gazów poprzez schropowacenie gładkiej powierzchni masy osłaniającej w dnie (u wylotu) pierścienia odlewnicze­go. Kanały odlewowe dla pojedynczych ko­ron przymocowywane są zwykle bezpośred­nio do poszczególnych wzorców w celu za­pewnienia szybkiego i wolnego od turbulencji przepływu metalu do formy odlewniczej.

W przypadku odlewania metalowych elementów mostów, ze stopów metali nieszlachetnych lub złotoplatynowych, należy stosować po­średnią metodę umieszczania kanałów odle­wowych. W tych przypadkach wskazana jest bowiem turbulencja płynącego stopu dla podniesienia temperatury formy odlewniczej i dłuższego utrzymania metalu w fazie ciekłej. W tym celu umieszcza się, na sieci ćwie­ków odlewniczych, poziomo biegnący kanał, tworzący dodatko­wy wlew między stożkiem a formą odlewniczą (tzw. belka poprzeczna) (ryc.2). Kanał ten tworząc rozłożystą belkę stabi­lizuje wzorzec woskowy mostu, chroniąc go przed zniekształceniem w czasie zatapiania w masie osłaniającej, natomiast podczas proce­su odlewania wyrównuje przepływ metalu do poszczególnych miejsc formy odlewniczej, umożliwiając jej równomierne i równoczesne wypełnienie. Podczas przepływu stopu poprzez kanały zasilające (poziomy oraz kanały prowadzące do poszczególnych elementów formy odlewniczej mostu) dochodzi do podniesienia temperatury w otaczającej je masie ogniotrwałej. Metal znajdujący się naj­dalej od układu kanałów wlewowych (tracący ciepło w wyniku przepływu przez chłodniejszą od niego formę odlewniczą) oraz wy­pełniający okolicę stożka odlewniczego (wy­stawiony na temperaturę pokojową), będzie wychładzać się najwcześniej, zaś pozostanie płynny w obszarze kanału poziomego, gdzie spełniać będzie rolę rezerwuaru uzupełnia­jącego niedobór płynnego metalu w formie, powstający w wyniku skurczu krzepnące­go stopu.

Przepływ metalu do formy zależy również od usytuowania zatopionych mostów wzglę­dem aparatu odlewniczego. Wzorce woskowe mostów należy układać w pozycji pionowej na poziomo ustawionej wirówce mechanicznej, gdyż taki układ zapewni równoczesne wypełnienie wszystkich okolic formy odlewniczej. W celu rozpoznania położenia wzorca w pier­ścieniu należy na stożku odlewniczym umie­ścić znak orientacyjny w postaci kropli wosku, która pozostawi na masie osłaniającej zagłę­bienie widoczne w czasie układania pierście­nia w wirówce. W tym celu moż­na również wykonać dwa nacięcia na przeciw­stawnych ścianach pierścienia, względem których będzie wyrównywana długa oś mostu przed jego zatopieniem w masie osłaniającej (ryc.2).

 

        

 

Ryc.1. Przekrój przez formę odlewniczą.

 

 

 

Ryc.2. Forma odlewnicza z zatopionym mostem. Widoczny kanał poprzeczny oraz położenie orientacyjnych nacięć na pierścieniu odlewniczym względem wzorca mostu.

 

1

 

Woskowy wzorzec z zatopionym ćwiekiem odlewniczym usuwa się z kikuta modelu gipsowego (należy pamiętać, że wzorca nie można nigdy ciągnąć za ćwiek od­lewniczy, po­nieważ może to powodować odkształcenie woskowego wzorca) i umieszcza go na szczycie stożka odlewniczego.

Przyklejając woskowy model do stożka odlewniczego należy pamiętać, by umieścić go w centralnej części (blisko osi) pier­ścienia odlewniczego. Takie postępowanie sprawia, że wzorzec woskowy otoczony jest jedna­kową grubością masy odlewniczej, co zapewnia formie odlewniczej równomierną i równocześnie największą ekspansję. W przekroju osiowym odlewane detale powinny być tak ustawione na szczycie stożka odlewniczego, by znaleźć się możliwie blisko dna pierścienia odlewniczego (końcowe brzegi detali powinny znaleźć się 5-6 mm od dna pierścienia – formy odlewniczej) (ryc.3).  Budowane formy odlewnicze powinny mieć określoną długość kanałów odlewniczych (nie powinna ona być większa niż 6 mm – może być mniejsza), co zapewnia odpo­wiedni przebieg procesu krzepnięcia metalu. Zwykle odległość stożka odlewniczego od zbiorniczka wyrównawczego – pogrubienia kanału odlewniczego – wynosi 5mm, zaś zbiorniczek wyrównawczy powinien być umieszczony możliwie blisko odlewanego elementu – do 5mm).  Właściwe proporcje osiągamy przez dobranie określonej długości woskowych wzorców kanałów odlewniczych  oraz przedłużenie woskiem silikonowego stożka odlewniczego. Wosk wokół podstawy ćwieka od­lewniczego należy starannie wygładzić.

 

Wykonywanie formy odlewniczej

Wnętrze pierścienia odlewniczego wyściela się warstwą miękkiego materiału, który two­rząc buforową przestrzeń dla ekspansji masy osłaniającej umożliwi uzyskanie powiększo­nej formy odlewniczej. Jeżeli nie zabezpieczy się w ten sposób miejsca dla ekspansji zew­nętrznej masy, to może dochodzić do wyzwo­lenia w wiążącej masie naprężeń i w konse­kwencji do zniekształcenia formy i powstałego w niej odlewu metalowego. Warstwa miękkie­go materiału w pierścieniu ułatwia także usu­wanie masy po zakończeniu procesu odlew­niczego.

 

 

Ryc. 3. Budowa formy odlewniczej.

 

Przez wiele lat do wyścielania pierścieni odlewniczych stosowano azbest, ale obecnie ze względu rakotwórcze własności tego materiału poleca się wyścielacze wykonane z włókien ceramicznych – na bazie krzemianów glinu (dostępne w war­stwach o grubości około 1 mm). Ceramiczny materiał wy­ścielający jest bardziej efektywny niż az­best, ponieważ umożliwia uzyskanie większej rozszerzalności masy wyścielającej. Na­leży pamiętać, że ekspansja masy będzie większa w przypadku użycia dwu warstw wyścielacza ceramicznego. Wyścielacz, po wyłożeniu pierścienia odlewniczego, powinien tworzyć zakładkę o szerokości 6 mm.

    Rozszerzalność masy osłaniającej zależy także w pewnym stopniu od stanu wyścielacza. Jest ona mniejsza w obecności suchego lub natłuszczonego wyścielacza, natomiast w przy­padku użycia mokrego wyścielacza ekspansja masy będzie dodatkowo zwiększona o roz­szerzalność higroskopijną. Dla wykorzystania tego zjawiska pierścień odlew­niczy z suchym wyścielaczem należy umieścić w misce z wodą celem dokładnego nasączenia wyścielacza, a następnie nadmiar wody usu­nąć przez potrząsanie pierścieniem. Mokrego wyścielacza nie można bowiem dotykać ani wyci­skać, gdyż jego kompresja może prowadzić do zniszczenia efektu wyścielającego.

 

Masę osłaniają­cą spajaną gipsem cechuje słabe „zwil­żanie” powierzchni woskowych modeli, co może powodować uwięzienie pęcherzy powietrza w czasie za­tapiania wzorca woskowego. By temu zapobiec, masę można nakła­dać ręcznie lub wprowadzać za pomocą wieloczynnościowego mieszadła próżniowe­go, wykorzystują­cego zjawisko podciśnienia. Jeżeli wnętrze woskowego wzorca jest zawężone lub ma małą średnicę, to wskazane jest wstępne nakładanie masy małym pędzelkiem, a następnie można umieścić pierścień na stożku odlewniczym i powoli wypełnić jego wnętrze pozostałą por­cją masy odlewniczej.

Doświadczeni technicy uzyskują gładkie odlewy metalowe bez względu na za­stosowaną metodę zatapiania wzorców wo­skowych. W metodzie zatapiania podciś­nieniowego, łatwiejszej dla początkujących techników, otrzymuje się jednak lepsze za­gęszczenie masy, polepszające strukturę po­wierzchni odlewu metalowego. Z przeprowa­dzonych badań wynika bowiem, że 95% od­lewów wykonanych tą metodą nie miało pę­cherzy powietrza, podczas gdy odsetek ten dla metody tradycyjnej wynosił zaledwie 17%.

Ilość wody użytej do zarobienia masy osłaniającej powinna być ści­śle odmierzona i zgodna z zaleceniami pro­ducenta, ponieważ stosunek wody do masy osłaniającej ma istotny wpływ na ekspansję powstałej mieszaniny (mniejsza ilość wody powoduje mniejszą rozszerzalność masy). Jeżeli zachodzi konieczność zmiany wielkości ekspansji, tj. jej powiększenia lub zmniejsze­nia, należy przedsięwziąć inne działania niż zmiana proporcji wody do masy osłaniającej. W wyniku użycia mniejszej ilości wody otrzy­muje się bowiem masę osłaniającą gęstszą, ale trudniejszą w rozrabianiu i odlewaniu, natomiast dodatkowa porcja wody powoduje rozrzedzenie masy i osłabienie jej wytrzyma­łości mechanicznej. Do ściśle odmierzonej ilo­ści wody umieszczonej w mieszalniku wsypu­je się zawartość jednego opakowania masy osłaniającej, po czym miesza się ją ręcznie szpatułką, a po całkowitym nawil­żeniu masy pojemnik przykrywa się szczelnie pokrywą.

Czas mieszania wpływa na ekspansję masy osła­niającej. Stwierdzono bowiem, że przedłużo­ny czas mieszania masy osłaniającej zwię­ksza jej rozszerzalność termiczną. Dla­tego też nie należy wprowadzać żadnych zmian do ściśle ustalonych norm postępowa­nia podczas procesu tworzenia form odlewni­czych.

Przy udziale wibratora w ciągu paru se­kund masa osłaniająca wypełnia pierścień. Wibrowanie pierścienia z masą za­gęszcza masę osłaniającą.

W celu pełnego związania masy osłania­jącej należy pierścień umieścić na okres 30 minut w wilgotnym miejscu (np. w przykrytym pojemniku plastikowym z wilgotną ligniną) al­bo zanurzyć w kąpieli wodnej o temperaturze 37oC, jeżeli zamierza się wykorzystać zjawi­sko higroskopijnej ekspansji masy.

 

Wygrzewanie form odlewniczych

Wygrzewanie jest procesem, który przygoto­wuje formę odlewniczą do odlania w metalu i umożliwia uzyskanie termicznej ekspansji masy osłaniającej. W celu osiągnięcia termi­cznej rozszerzalności masy kompensującej kurczliwość stopu metalowego należy stoso­wać technikę "wysokiego wygrzewania" w temperaturze 640°C, natomiast dla uzyskania ekspansji higroskopijnej wystarczy wygrze­wanie formy w temperaturze 480°C (dla form odlewniczych z masy osłaniającej spajanej gipsem).

 

W pierwszym etapie postępowania stożek odlewniczy oddziela się ostrożnie od pierście­nia, po czym ogląda krater uformowany przez stożek w masie osłaniającej i dokładnie usuwa znalezione w tej okolicy luźne drobiny masy, aby w późniejszym okresie nie zanieczyściły odlewu metalowego. Następnie wsta­wia się pierścień odlew­niczy z kraterem zwróconym ku dołowi na okres 30 minut do pieca o tempe­raturze 320°C, w którym większość stopione­go wosku wypływa swobodnie poza formę od­lewniczą, a po upływie tego czasu przenosi do drugiego pieca, gdzie pier­ścień powinien pozostawać przez okres 1 go­dziny w temperaturze 480 lub 650°C (w za­leżności od zastosowanej techniki wygrzewa­nia). Następnie na 10 minut przed odlaniem metalu pierścień odwraca się kraterem do gó­ry celem dokładnego utlenienia wewnętrz­nych ścian formy odlewniczej i umożliwienia całkowitego wyparowania resztek wosku.

Czas pomiędzy wyjęciem pierścienia z pieca i odlaniem metalu nie powinien być dłuższy niż 30 sekund, aby ograniczyć utratę ciepła i w konsekwencji możliwość obkurcze­nia formy odlewniczej. Dlatego też należy wcześniej przygotować wszystkie materiały i oprzyrządowanie konieczne do sprawnego przeprowadzenia dalszych faz postępowania laboratoryjnego.

Tygiel umieszcza się w siedzisku zatrzaskowym znajdującym się na ramieniu wirówki aparatu odlewniczego. Na tyglu umiesz­cza się kostki stopu metali, przy czym ich ilość powinna zabezpieczyć wypełnienie formy, kanałów wlotowych i części stożka od­lewniczego, bowiem tylko w takich warunkach możliwe jest uzyskanie precyzyjnego odlewu odtwarzającego wszystkie detale wzorca wo­skowego.

Następnie zapala się palnik gazowy, regu­lując dopływ powietrza celem uzyskania stożkowego płomienia. Pierwszy stożek płomienia stanowiący strefę mieszania gazów jest bez­barwny i zimny. Dookoła niego tworzy się zie­lonkawo-niebieska strefa spalania, w której dochodzi do częściowego spalenia gazów. Ten obszar płomienia jest więc strefą utlenia­jącą. Dalej znajduje się strefa redukcyjna z niebieskawym wierzchołkiem stanowiącym najgorętszy obszar płomienia używany jedynie i wyłącznie do topienia sto­pów metalowych. Zewnętrzną część płomie­nia stanowi strefa utleniająca, w której zacho­dzi całkowite spalanie gazów w atmosferze otaczającego go powietrza.

Strefa utleniająca i spalania nie powinny być stosowane przy nagrzewaniu me­talu, ponieważ nie są one tak gorące jak strefa redukcyjna płomienia. Ponadto stop nie powinien być topiony w atmosferze oksyda­cyjnej, gdyż w takich warunkach mogą two­rzyć się niemetaliczne zanieczyszczenia sto­pu zmieniające jego wytrzymałości mechani­czne i kurczliwość podczas krzepnięcia oraz sprzyjające jego zwiększonej korozji w jamie ustnej.

Stop ogrzewa się płomieniem do mo­mentu zlania kostek do kształtu kulistego. Po osiągnięciu temperatury odlewu kulista bryłka łatwo przemieszcza się przy postukiwaniu tygla, a ponadto podąża za ruchem płomienia. W stre­fie redukcyjnej płomienia stopiony stop ma błyszczącą lustrzaną powierzchnię. Aby uchronić go przed utlenieniem i zwiększyć jego płynność, dodaje się do niego niewielką ilość topnika.

Utrzymując ciągle płomień nad stopionym stopem wyjmuje się szczypcami wygrzany w piecu pierścień i przenosi ostrożnie do odpo­wiedniego łożyska na aparacie odlewniczym. Następnie przesuwa się powoli platformę z t...

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

hannaeva.xlx.pl