Как обрабатывать ювелирный воск на фрезерном станке с ЧПУ?

Что такое воск?

Согласно англоязычной терминологии к воскам относится очень большой класс углеводородов, получаемых путём крекинга сырой нефти. Однако Большая Российская энциклопедия чётко разделяет воски на природные (натуральный пчелиный воск, растительный и т.п.) и синтетические (в том числе парафины). Тем не менее, под ювелирным воском (или в более широком смысле – литьевым воском) подразумевают пластичное вещество, основу которого составляют различные композиции синтетических полимеров. Процент воска как такового в них минимален (чтобы избежать чрезмерной мягкости при работе), поэтому термин «воск» используется в большей степени по традиции.

К ювелирному (модельному) воску предъявляются требования пластичности, твёрдости (для обеспечения целостности модели или литьевой формы), непрозрачности (чтобы визуально различать дефекты и мелкие детали изделия) и т.п. Существует обширный перечень типов воска, отличающихся качеством и назначением. Каждый производитель стремиться придать своему изделию уникальные черты, однако не всегда заявленные характеристики действительно проявляют желаемые эффекты при обработке.

Особенности обработки

Для механической обработки очень важным является требование твёрдости – в зависимости от производителя и конкретного типа модельных восков их твёрдость отличается весьма существенно. Для обработки модельного воска на фрезерном станке с ЧПУ подходят лишь сравнительно твёрдые виды. При этом на качество обработки существенно влияет тип режущего инструмента, режимы обработки, а также скоростные и динамические характеристики инструментального портала.

Поскольку воск сочетает в себе свойства твёрдости и пластичности, его поверхность очень чувствительна к вибрациям инструмента. Малейшее «дрожание» фрезы приводит к ухудшению качества реза – растрескиванию и крошению воска вблизи зоны обработки.

Стратегия обработки и режимы резания

Конкретные режимы обработки (подачу инструмента и частоту вращения шпинделя) можно определить лишь методом подбора – режимы фрезерования сильно зависят от производителя и типа воска. Для механической обработки модельный воск выпускается в трёх цветах. Самым твёрдым и хрупким является зелёный воск – он наиболее удобен для обработки на автоматическом фрезерном оборудовании.

Стратегия обработки предполагает один черновой и один-два чистовых этапа. При черновом фрезеровании используется однозаходная коническая фреза диаметром 2 мм (стружка должна отводиться вверх!). При этом, чем меньшее количество витков у стружкоотводящих канавок фрезы, тем меньше будет греться модельный воск и, соответственно, тем большую частоту вращения шпинделя можно применить при черновой обработке. В нашем примере «зелёный» воск имеет температуру плавления около 116 °С. Подача инструмента (вертикальная и горизонтальная) должна составлять 300 мм/мин с шагом 1 мм. Частота вращения шпинделя – 20 000 об/мин.

Чистовая обработка осуществляется коническим гравером радиусом 0,1-0,2 мм. Подача – минимум 600 мм/мин (но не более 900 мм/мин) с шагом 0,05 мм. Для особо точных изделий может потребоваться второй чистовой этап фрезерования – в основном для удаления стружки из малых отверстий обрабатываемой матрицы.

Возможности модельного воска

Описываемый выше «зелёный» воск (изделие фирмы Ferris) является самым популярным материалом для обработки резанием. Его высокая твёрдость позволяет прорезать в модели очень мелкие детали/отверстия и воплощать сложные объёмные дизайнерские рельефы. «Зелёный» воск прекрасно шлифуется напильниками, надфилями. А при обработке на фрезерном станке с ЧПУ допускает применение «агрессивных» режимов резания без оплавления материала. Толщина деталей из «зелёного» модельного воска может составлять 0,2 мм – без потери прочности и деформации готового изделия. Такой воск отлично подходит для создания больших и сложных моделей.

«Пурпурный» воск фирмы Ferris имеет средние показатели твёрдости. Свободно отрезается обычным ножом, хорошо обрабатывается напильниками или надфилями, а также фрезами. Применяется для больших пустотелых моделей со значительным количеством вставок. Плавится при температуре 107 °С.

«Синий» воск – самый мягкий из всей гаммы изделий фирмы Ferris. Очень пластичный, свободно гнется на углы до 90 град. без излома. В отличие от предыдущих моделей восков («зелёного» и «пурпурного») при обработке образует хрупкую стружку. Фрезеровать «синий» воск можно, но только на очень умеренных скоростях. Инструмент при этом не должен иметь частую насечку режущих граней. «Синий» воск применяется в основном для конструирования сложных изделий с большим количеством выступающих деталей. Правится при температуре 116 °С.

Повторное использование воска

После того как определённая модель или литьевая форма из воска «отслужила своё», его можно использовать повторно. Для этого восковое изделие требуется нагреть, расправить и залить в новую форму (например, силиконовую). Выше были указаны температуры плавления разных сортов воска Ferris (порядка 105-117 °С). Нагревать воск сверх этой температуры, а также подвергать его быстрому нагреву категорически не рекомендуется. В противном случае на поверхности образуются пузыри, ухудшающие качество воска. Быстрое охлаждение воска также нежелательно – есть риск деформации модели при неравномерном остывании слоёв.

Таким образом, для переплавки воска следует использовать печь с равномерным распределением температурного поля. По достижении номинальной температуры (около 110 °С) нагрев должен прекращаться. Важно не просто остановить нагрев, но и поддерживать температуру на постоянном уровне. Для этого печь должна быть оборудована автоматическим регулятором.

Нельзя заливать расплавленный воск в металлическую форму – иначе от быстрого охлаждения вблизи стенок (металл отлично проводит тепло!) восковое изделие потрескается из-за неравномерного температурного поля внутри.

При переплавке воска (а также восковой стружки и «опилок») всегда следует учитывать появление примесей и посторонних включений. Поэтому после ряда плавок неизбежно ухудшается качество и чистота воска. Следует внимательно оценить целесообразность «рециркуляции» материала – вполне возможно, что для обеспечения качества готовых изделий лучше использовать новый воск и отказаться от затрат времени и сил на повторную переплавку.