2.1. Общие сведения

Все основные способы обработки металлов известны с глубокой древности. Пройден долгий путь, накоплен огромный багаж практических знаний и умений. Ушли в прошлое целые улицы городских ремесленников, откуда с раннего утра доносились звон металла и стук инструментов. Все больше и больше в процесс включалась техника, и все реже на изделиях встречались личные клейма мастеров. С уходом мастеров были утеряны многие секреты. Но то, что удалось сохранить или разгадать при помощи современной науки, не потеряло своего значения и по сей день. Некоторые ремесленные технологии обросли усовершенствованиями, другие и сейчас сохраняются и поддерживаются в первозданном виде.

После того как человечество научилось выплавлять металл, стало развиваться литейное искусство. Его сущность заключается в том, что расплавленный металл заливают в специальную литейную форму, в которой, остывая, он затвердевает, сохраняя очертания этой формы. Деталь или изделие, полученное таким образом, называется отливкой. С помощи литья изготовляют отливки из чугуна, стали, алюминия, бронзы, латуни и других металлов и сплавов.

История литейного дела насчитывает более пяти тысячелетий. В каменных, глиняных и песчаных формах древние мастера отливали орудия труда, хозяйственную утварь и украшения. Вероятнее всего древние отливки были сделаны в Древнем Египте. Но раскопки показали, что и на территории Кавказа уже в III тыс. до новой эры тоже применялись совершенные методы плавки и литья металла. Литье было наиболее легким видом обработки металла, и люди использовали это. Нужным в обиходе металлическим вещам они придавали художественную форму.

Применяя способ литья по восковым моделям, античные художники добивались виртуозной техники микролитья.

Литейное дело на Руси известно уже несколько тысячелетий. В те далекие времена, когда литейное производство только-только появилось, литейщики использовали глиняные формы, причем модель делали из воска.

На Руси художественным литьем занимались вначале исключительно женщины. Они сплетали из нитей, пропитанные воском, ажурные украшения, похожие на филигрань, и, обмазав глиной, давали просохнуть. Потом форму прокаливали и заливали металлом. Остывшую форму разрушали так, чтобы не портилась отливка. Были формы и постоянные – вырезали их из мягкого камня. В такие формы можно было отливать неоднократно.

При проведении раскопок в Суздале, который является одним из крупнейших памятников археологии, в усадьбе богатого горожанина была обнаружена литейная форма XI века с вырезанными изображениями крупных женских привесок. «… Самой интересной находкой оказалась каменная литейная форма для отливок различных изделий. Еще в древности она раскололась, но ею продолжали пользоваться. Видимо камень (мягкий известняк), выбранный для формы, очень подходил мастеру – форма давала хорошие отливки, и мастер не хотел с ней расставаться…». Подробнее можно прочитать: «Новое о древнем Суздале» // «Наука и жизнь», № 9, 1983.

Пик развития литейного ремесла в Древней Руси приходится на ХII-ХIII века. В это время появляются уже двусторонние формы с разветвленными литниковыми системами, с помощью которых изготавливали самые разнообразные изделия: посуду, металлические украшения, наконечники для стрел и копий. Уже к XIV веку на Руси овладели техникой литья бронзовых пушек – что являлось немаловажным событием в истории молодого государства.

В XV веке для литья труб, колоколов и гирь стали использовать чугун, а в XVI веке наряду с бронзой и чугуном применяют также и смесь из сырого кварцевого песка, глины и овечьей шерсти для изготовления опок.

Замечательные образцы литейного искусства показали русские мастера, когда отлили большие колокола для Троице-Сергиевой лавры. Еще в 1594 году ими был изготовлен колокол весом 625 пудов – это более 10 тонн! Шесть лет спустя Борис Годунов подарил лавре колокол весом около 2000 пудов, а в 1684 году на лаврской колокольне появился колокол несколько меньший – 1275 пудов. Наконец, 1748 году в лавре был отлит самый большой из висевших на колокольне колоколов – он весил 4000 пудов, то есть 64 тонны. Его называли Парь-колокол, так же, как и его кремлевского тезку. Звонили в него лишь по большим праздникам, потому что дело это было нелегкое: его девяностопудовый язык пятерым дюжим звонарям приходилось раскачивать добрый десяток минут. Была у этого Паря-колокола особенность: когда в него звонили, то в городе его звон, как ни парадоксально, не был слышен, он тонул в звуках города – слышался лишь щелчок от удара языка по внутреннему ободу колокола. И только по удалении от города на семь-восемь километров можно было услышать его мягкий приятный звон. Колокол не сохранился, но ученый рассчитали его тон, который составлял всего 100 герц. Звуки такой частоты для человеческого уха менее ощутимы, чем обладающие малые колокола частотой в несколько тысяч герц. Поэтому в городе звон колокола-гиганта заглушался высокочастотными городскими шумами. Однако на достаточном удалении от города он брал верх над ними: распространяясь в атмосфере, низкочастотные звуки менее теряют в силе, чем высокочастотные.

С течением времени постепенно все более развивалось литейное и производство. Со второй половины XIX века появляется сталь. В связи с тем, что растут потребности населения в изделиях из металла, литейное производство значительно совершенствуется, осложняется. В это время появляются даже научные труды по технологии отлива из металла. В России родоначальниками науки о литье традиционно принято считать ученых-металлургов: П. П. Аносова, Д. К. Чернова и А. С. Лаврова.

На Урале вместе с возникновением чугунолитейного производства зародилось художественное литье. Своеобразие быта уральцев определило появление металлической посуды: чугунков, сковородок, кружек. Чаще всего ее делали сами рабочие заводов – для себя.

Однажды управляющий кыштымскими заводами явился на собрание промышленников в Петербурге и удивил присутствующих тем, что вместо золотой цепочки украсил жилет шелковым шнурком. Над ним стали подшучивать, но управляющий не смутился, а попросил всех приглядеться к «шнурку». Им оказалась чугунная цепочка. За такое чудо уральцу предлагали миллионы, но он не согласился – славу своих мастеров берег. Действительно, мастерство неподражаемое.

Очевидцы рассказывают удивительную историю. Однажды в Ленинград приехал пожилой знатный англичанин. Отдохнув после дальней дороги, он приказал сопровождающим отвезти его к чугунной решетке Летнего сада. Усевшись на раскидной стульчик, он впился глазами в легкие переплетения и попросил оставить его одного. Так неподвижно и просидел до утра, любуясь, как меняется решетка в призрачном свете белой ночи… Когда за ним пришли, старый лорд произнес:

– Больше я ничего не хочу видеть. Везите меня обратно в Лондон. Теперь я могу спокойно умереть. Я видел чудо. Я видел совершенство красоты и гармонии.

Мосты повисли над водами… Ни в одном произведении искусства, где говорится о С.-Петербурге, – будь то роман, стихи, кинофильм, картина, художественная фотография, – не обходится без того, чтобы не показать еще и еще раз кружевной капризный изгиб над Крюковым каналом, мечтательный Верхнее-Лебяжий мост или легкую решетку Банковского моста.

Многие почитатели чугунных кружев нашей «северной Венеции» и не догадываются, какая романтическая история у изящного, легкого, простого рисунка решеток на набережной канала Грибоедова или у маленьких набалдашников на поручнях при спуске на Фонтанку, и какие мастера создали это чудо. Так, например, Демидов мост через канал Грибоедова построен в 1834 году по проекту инженера Б. Адама. Решетка Летнего сада построена в 1784 году. Авторство спорно. Наиболее распространенная точка зрения, что автор решетки – Ю. Фельтен. Можно обратить внимание у спуска к Неве, напротив здания Академии художеств отлит чугунный грифон. Спуск был сделан в 1834 году по проекту архитектора К. Тона. Подробнее можно ознакомиться, прочитав статью: «Твоих оград узор чугунный» // «Наука и жизнь», № 4, 1967.

Пусть не о Москве писал великий поэт, когда воспевал «оград узор чугунный»; конечно же, литые московские старинные решетки скромнее и «камернее» петербургских, но зато они выглядят гораздо интимней, соразмерней, человечней «на московских изогнутых улицах». Выполненные по рисункам таких прославленных архитекторов, как О. Бове, А. Воронихин, Д. Жилярди, отлитые безвестными русскими мастерами и отчеканенные безымянными кузнецами, они возникают вдруг перед глазами пешехода, отделяя от улицы пространства дворцов, садов, усадеб… На мгновение завораживают взор классические линии чугунных столбов с горящими светильниками наверху, растительная пышность кованых барочных оград, изысканная причудливость декадентских решеток. Фантазия художника превращает тяжелую металлическую плоть в невесомое кружево, в полет, в застывшую ажурную мечту…

И кто знает, сколько людских поколений вот так, почти незаметно, буквально на ходу учились красоте, доброте, заботе о человеке, непреходящей ценности талантливо прожитой жизни. Подробнее можно ознакомиться, прочитав статью: Р. Щербаков: «Через узор решетки тонкой» // «Наука и жизнь», № 9, 1989.

В настоящее время литейное производство, является, пожалуй, одним из самых развитых в нашей стране.

Мы, конечно, не будем отливать из чугуна и других металлов большие и тяжелые решетки, а подробнее ознакомимся с технологическим процессом художественного литья более легких и тоже изящных изделий.

 

2.2. Каслинское литье

Производство художественных изделий из чугуна – садовой мебели, решеток, надгробий, скульптуры, бытовых предметов производилось на чугунолитейном заводе в городе Касли. При их изготовлении используются сложные технологии формовки и отливки изделий с их ручной последующей чеканкой.

История завода. Завод был заложен в 1747 году Яковом Коробковым, а уже в 1752 г. перекуплен Н. Н. Демидовым. Завод, войдя в Кыштымский горный округ, специализировался на выплавке чугуна и производстве полосного железа.

В начале XIX века чугунолитейное производство в Каслях было приобретено купцом 1-й гильдии Л. Расторгуевым, и с этого времени здесь начинается производство художественных изделий. Уже в 1830-е гг. Касли становятся известны как центр отливки высокохудожественных решеток, оград, половых плит с орнаментальными рельефами, а также надгробных памятников.

В 1845 на заводе было организовано производство садово-парковой мебели и декоративных предметов интерьера – ажурных тарелок и подсвечников. В это же время появляются первые образцы скульптуры малых форм, как правило небольших фигурок, укрепленных на пресс-папье. В 1850-1860-е гг. количество художественных изделий и их доля в ассортименте каслинского завода неуклонно увеличивается. Качество изделий резко возросло после перевода в конце 1850-х годов, с Кушвинского завода опытных чеканщиков и формовщиков. Качество отливок каслинского завода не уступало уже в это время аналогичным изделиям из бронзы, что заслуженно отмечалось золотыми медалями Всероссийских, а впоследствии и Всемирных выставок.

Важная роль в формировании образа каслинского художественного литья принадлежит скульпторам, выпускникам Петербургской Академии художеств – М. Д. Канаеву и Н.Р. Баху. В 1876 году Канаев создал при заводе художественную школу, где обучали рисунку, лепке, формовке и чеканке чугунного литья. По его предложению ассортимент каслинских изделий обогатился отливками в чугуне произведений известнейших русских скульпторов: П. К. Клодта, И. П. Витали, Е. А. Лансере, А. Л. Обера, Н. И. Либериха. В 1880-е гг. на заводе начинают работать скульпторы – выпускники художественной школы заводской: В. Ф. Торокин, Д. И. Широков, К. Д. Тарасов и др.

Чугунный павильон. В 1900 году в Каслях создают чугунный павильон для Всемирной парижской выставки. Выполненный по проекту архитектора Е. Е. Баумгартена, павильон представлял собой ажурную чугунную комнату, в которой были выставлены около 1,5 тысяч лучших образцов «кабинетных» вещей каслинского литья – скульптура, подсвечники, ажурные вазы и тарелки, шкатулки, письменные приборы. Эти изделия были удостоены золотой медали и «Гран-при» выставки.

В 1914 году, в связи с переходом завода на выпуск военной продукции, литье художественных изделий в Каслях прекращается.

Важная роль в возрождении художественного литья принадлежит скульптору К. А. Клодту, внуку П.К. Клодта. Он вновь открыл заводскую школу, в которую принимались дети рабочих.

Только в 1934 году на заводе организуется регулярный выпуск художественного литья. В первую очередь это мелкая пластика и барельефы – произведения революционной тематики, созданные по моделям скульпторов Н. Горского, Н. А. Андреева, Н.В. Томского, И. Рабиновича. В это же время увеличивается выпуск архитектурного литья, которое было использовано при строительстве набережных и мостов, в оформлении общественных зданий и Московского метрополитена.

В 1941 году выпуск художественных изделий на заводе был прерван, но уже в 1944 году восстановлен. Ассортимент каслинских изделий в эти годы расширяется темой Отечественной войны. В 1950–1970-е годы на каслинском заводе работают известные скульпторы П. А. Баландин, М. Г. Манизер, Е. А. Янсон-Манизер. На заводе появляется большая группа скульпторов-заводчан – П. С. Аникин, А. В. Чиркин, А. С. Гилев, В.П. Игнатьев и др., чьи произведения органично вошли в традиционное русло каслинского литья. В конце 1980-х годов ассортимент каслинского завода включал 130 произведений, среди которых работы, выполненные по моделям XIX в. и современных скульпторов.

Каслинское литье – это целый мир разнообразных тем и сюжетов. Мастера литейщики сумели передать в тяжелом чугуне и орнаментальный узор, и фигурки зверей, и образы людей – от крестьянина до Венеры Милосской (см. рис. 2.1–2.3).

Слава каслинских мастеров не померкла и в наши дни. Их изделия украшают многие музеи, улицы городов, станции метро. Фантазия и мастерство художников настолько пластичны, что, глядя на готовые работы, трудно догадаться, что является определяющим – замысел или сила материала, хотя во многих случаях связь с конкретными образцами прослеживается достаточно четко.

Рис. 2.1. П. Забело. «Ермак». Каслинское литье. 1948 г.

Рис. 2.2. Чернильница «Голова идальго». Каслинское литье. Начало XX в.

Рис. 2.3. На снимке – каслинское литье: «Блюдо» (первая половина XIX века), хранится в стальной комнате Политехнического музея в Москве.

 

2.3. Нижнетагильское медное и бронзовое литье

Федор Звездин, один из выдающихся уральских литейщиков. Его работы часто экспонировались на выставках в России, и время, к счастью, не уничтожило их. Они сохранились и демонстрируются в различных музеях страны.

Федор Звездин, обладавший талантом подлинного художника, закончил Выйское училище (г. Нижний Тагил), и затем стажировался 7 лет во Франции. В 1830 году он вернулся в Нижний Тагил и создал на Выйском заводе первую на Урале бронзолитейную мастерскую. В коллекции нижнетагильского музея сохранились его работы «Девочка в молитвенной позе», и «Мальчик, вынимающий занозу» (копия знаменитой греческой скульптуры V века), см. рис. 2.4. Одна из лучших звездинских работ – «Бык» хранится в Эрмитаже. Принимал мастер также участие в отливке церковных колоколов и памятника управляющему нижнетагильскими заводами Андрею Николаевичу Карамзину (1814–1854), установленному в Нижнем Тагиле в 1855 году, который был разрушен в 1930-х годах.

Небольшая коллекция медных и бронзовых изделий художественного литья имеется в музее г. Нижнего Тагила, выполненная другими мастерами (см. рис. 2.5).

Истоки русской школы художественного литья, продолжающего развиваться и поныне, следует искать в Литейном доме, открытом при Академии художеств в Петербурге в конце XVIII века, на уральских металлургических заводах в городах Касли и Кусе.

Политехнический музей в Москве показывает не только работы каслинских и кусинских мастеров художественного литья, но и фотографии, и технологию изготовления литых изделий (рис. 2.6).

Теперь ознакомимся с более легкоплавким металлом, который тоже знаменит и широко применим в художественном литье – это олово.

Рис. 2.4. Ф. Ф. Звездин. Мальчик вынимающий занозу. Бронза, литье. Первая половина XIX века. Музей горнозаводского дела. Нижний Тагил.

Рис. 2.5. Коллекция медных и бронзовых изделий. XIX век. Музей горнозаводского дела. Нижний Тагил.

Рис. 2.6. Скульптура «Лавретки». Кусинское литье, чугун. Конец XIX в. Политехнический музей. Москва. Фото В. В. Дорощук.

 

2.4. Оловянное литье. Технико-технологические сведения

Литье из олова известно человечеству с древнейших времен. Еще за шесть тысяч лет до нашей эры в Египте лили из олова украшения. Упоминания об этом металле встречается в древнеиндийской, греческой, римской литературах. В античные времена в ходу были монеты и сосуды из олова.

Занимались литьем из олова и на Руси. До нас дошли утварь, украшения, предметы культа времен Киевской Руси. В XIII–XV веках ремесло это достигло большого развития на Украине, в городах Холм, Володимир, Перемышль, Луцк. В XV веке в Киеве был основан литейный цех, вырабатывавший оловянные изделия.

Художественное литье из олова достигло своего наивысшего расцвета в эпоху господства стиля барокко, относящегося к концу XVI, XVII и большей частью XVIII века (см. рис. 2.7, 2.8).

Мастера-литейщики объединялись в союзы-дворы. На Украине и в Польше они получили название цехов. Нередко этот союз объединял ювелиров, живописцев и литейщиков из олова. Такой союз способствовал высокому художественному уровню ремесла. С середины XVI столетия изделия из олова обязаны были иметь «тавро» – клеймо. А в 1576 году стало обязательным ставить пробу на изделиях и слитках олова. Качество продукции контролировала городская и королевская власть. Было постановлено, например, отливать посуду – миски и фляги из чистого пищевого олова, а ларцы – из сплава четвертной пробы (3/4 свинца и 1/4 олова). Впоследствии количество проб увеличилось, появились третья, четвертая, шестая, двенадцатая и шестнадцатая пробы в зависимости от количества олова в сплавах со свинцом. Третья проба дожила до наших дней под названием припоя-третника, этот сплав и сейчас довольно часто применяют в художественном литье.

Наибольший интерес из изделий того времени представляют собой кубки и фляги. На них изображались эмблемы, списки «братиев-литейщиков», святые покровители, гербы. Известна фляга, посланная в 1656 году Богданом Хмельницким шведскому послу Гильдебранду. Изделия этого периода отличаются высокими художественными достоинствами. Фляги имели четырех-шестигранную форму, снабжались завинчивающейся крышкой с ручкой наверху. Фляги были украшены гравированным растительным орнаментом с листьями и пышными цветами. Нередко среди растений встречались изображения животных – собаки, олени (см. рис. 2.9).

Рис. 2.7. Блюдо с гербовой орнаментикой, Франция XVII в.

Рис. 2.8. Кружка с гравированным орнаментом, Саксония, предположительно около 1600 года.

Рис. 2.9. Фляга оловянная. Украина, 1717 г.

Рис. 2.10. Литая оловянная игрушечная посуда. Москва, конец XIX в.

Другим распространенным видом оловянной посуды были разных размеров кварты – четверти. Чаще всего их гладкие бока ничем не украшали, вся красота заключалась в пропорциях формы. Для бытовых нужд вырабатывалось много различной посуды и предметов домашнего обихода: жбанов, мисок, тарелок, блюд, ваз и вазочек, гребней, ложек, пуговиц, ларцов для документов, братин, ендов и прочее.

В XVII веке в художественном оформлении продукции литейщики стали ориентироваться на аналогичные изделия чеканной работы. И хотя эстетические возможности оловянного литья значительно уже, чем у ювелирной чеканки, в литых изделиях мы видим хорошо найденную форму, богатую орнаментику, разнообразие изображений, позволяющие конкурировать с чеканкой.

Наиболее украшенными были предметы церковного назначения: дарохранительницы, кресты, блюда, подсвечники и оклады икон, органные трубы, фонари ажурного литья, детали внутренней отделки зданий, дверей и иконостасов. Фигурные изображения, как гравированные, так и рельефные, своим стилем были целиком родственны тогдашней живописи, графике и скульптуре.

Оловянное литье широко распространилось при Петре I. В те времена в быту пользовались оловянными пуговицами, кубками, посудой, встречались и медали из олова (см. главу «Гравирование», параграф граверно-медальерное искусство). Тончайшим узором скрепляли слюдяные пластинки в фонарях-светильниках.

Оловянное литье стало приходить в упадок в конце XVIII века. Художники-литейщики очень редко стали применять олово в художественном литье. Из изделий XIX века можно найти в музеях оловянных солдатиков и игрушечную посуду (рис. 2.10).

Появление в 30-х годах XVIII века модных напитков – чая и кофе – дало развитие медеплавильным и медеобрабатывающим заводам. Давленые медные, бронзовые и серебряные изделия (например, самовары) вытеснили оловянные ендовы, братины, четверти, и фляги – посуду допетровского периода. К этому же времени относится бурное развитие в России фарфоровых заводов. Оловянные изделия не могли конкурировать с давленной и чеканной медью, тем более что олово как металл имеет один существенный дефект: при длительном охлаждении ниже – 18° оно заболевает «оловянной чумой», превращаясь в серую рыхлую массу, – вот почему до нас дошло очень мало старинных оловянных вещей. Из истории известно, что зимой 1812 года у отступающих французов стали разваливаться форменные пуговицы, изготовленные из олова. В одну из зим мороз уничтожил все оловянные ложки и миски, которыми пользовались каторжане, работающие на руднике в Нерчинске (Сибирь). По вине олова произошли и трагические события с одной из экспедиций к Южному полюсу, когда стали разрушаться жестяные банки с запасами керосина, швы которых были пропаяны оловянным припоем с небольшим содержанием свинца. Чтобы уберечь изделия от «оловянной чумы», к чистому олову добавляют цинк, висмут, сурьму.

«Природное олово существует в двух модификациях: серебристый металл с плотностью 7,3 г/см3 – это белое олово и серое олово – материал со свойствами полупроводника и плотностью 5,8 г/ см3 при охлаждении белое олово переходит в серое, резко увеличивается удельный объем, металл рассыпается в серый порошок. Такое превращение быстрее всего происходит при температуре -33 °C, а если есть контакт белого олова с серым, то «оловянная чума» быстро распространяется от одного предмета к другому. Считается, что оловянные предметы надо хранить в теплом помещении». И. Л. Аптекарь, А.Д. Стыркина. Реферат. «Заражение при оловянной чуме» // «Доклады АН СССР», т. 265, № 5, 1982. Также прочитайте статью: «Художественное литье», художника И. Малаховского // «Наука и жизнь», № 10, 1979.

В 80-х годах прошлого века к орнаментальному ажурному оловянному литью вновь обратились чешские мастера бижутерии из города Яблонец. Они и сейчас умело сочетают оловянный литой ажур со стеклом, штампованным в виде граненых драгоценных камней, и гальваническими покрытиями, имитируя золотые изделия псевдобарочного периода. Современные чешские мастера-литейщики выполняют ажурное литье орнаментально-растительного характера в виде звеньев, из которых в дальнейшем собираются браслеты, броши, ожерелья. В их работах старинное ремесло обрело новую жизнь. Славятся своим оловянным литейным мастерством дизайнеры России, Англии и Италии.

Для художников-любителей, дизайнеров, желающих попробовать свои силы в литье, олово представляет собой благодатный материал. Оно привлекает прежде всего своим красивым цветом, сходным с цветом серебра, своей технологичностью – низкой температурой плавления, легкостью тонирования, пластичностью, позволяющей легко гравировать, чеканить, «лепить» паяльником, добавляя или отнимая металл.

В умелых руках с помощью несложного оборудования серебристые слитки из олова превращаются в выразительные, прекрасно передающие пластику миниатюры: скульптуры, медали, броши, браслеты, запонки, булавки для галстуков, в оригинальные рельефные или ажурные пуговицы и тому подобное. Ажурными или рельефными пластинами более крупного размера можно украсить шкатулки, декорировать дверные ручки, петли, замочные скважины. Пластины, наложенные на фон из дерева или камня, могут служить самостоятельными настенными украшениями. Наконец из сборных деталей изготовляют достаточно крупные вещи; фонарики, бра, подсвечники, ларцы, шкатулки.

Нередко изделие декорируют вставками перламутра, бисера, янтаря, цветного стекла, камня, керамики. С той же целью применяют холодную эмаль – эпоксидный клей, смешанный с пигментами или художественными масляными красками.

Помимо функции чисто художественной, ювелиры и скульпторы – миниатюристы используют оловянное литье как промежуточный этап для перевода оловянной модели в более твердый металл – серебро, бронзу, чугун, мельхиор, нержавеющую сталь. Олово дает возможность более четко проработать мельчайшие детали, что недоступно моделям из пластилина или воска. Навыки работы с оловом позволяют в дальнейшем перейти к литью из более тугоплавких металлов, например алюминию и его сплавам.

Сегодня мы расскажем об этом древнем ремесле. Современные художники прикладного искусства и ювелиры теперь уже все более охотно применяют технику художественного литья в своей творческой работе. Оно поможет вам в изготовлении различных декоративных изделий, которые можно с успехом применить в дизайнере оформления помещений, а также при изготовлении деталей для ваших моделей.

 

2.5 Основные разновидности художественного литья

Существуют различные виды литья: в песчано-глинистые и металлические (кокильное литье) формы, под давлением, центробежное, по выплавляемым моделям и др.

Литье в песчано-глинистые формы. Получение отливок в песчано-глинистых формах – сложный и трудоемкий процесс. Ему предшествуют такие подготовительные операции, как изготовление модельных комплексов (моделей, отливок и стержней), приготовление формовочных и стержневых смесей, подготовка литейных опок и других приспособлений.

Модели выполняют из древесины (сосна, дуб, ольха, береза, липа и др.) или из металлов (обычно из сплавов алюминия с медью). При определении размеров модели учитывают припуски на усадку отливки при ее затвердевании и на последующую механическую обработку для получения готовой детали или изделия. Усадка отливок из различных металлов и сплавов составляет 1–2,5 %. Припуск на механическую обработку зависит от размеров отливки и видов последующей обработки. Для чугунных отливок он обычно составляет 2–20 мм, для стальных 4–28 мм.

Используя модель из древесины, можно получить несколько десятков отливок. Модели покрывают специальным модельным лаком, чтобы защитить от влаги и сделать их поверхность более гладкой (предохранить от прилипания формовочной смеси). Деревянные модели применяют в одиночном и мелкосерийном производстве, например в художественном литье. В крупносерийном и массовом производстве используют металлические модели.

Модели бывают разъемные и неразъемные первые состоят из двух, трех и более частей. Их используют там, где по условиям формовки нельзя применять цельные модели.

Стержни при отливке образуют полости, сквозные отверстия или углубления в отливках. Изготовляют их в деревянных или металлических стержневых ящиках из специальных стержневых смесей (песок со связывающими материалами).

Опоки представляют собой чугунные, стальные или алюминиевые (из алюминиевых сплавов) ящики без дна. По форме они могут быть прямоугольными, круглыми или фасонными в зависимости от очертания отливки.

Песчано-глинистые формы изготовляют из формовочных смесей (песок, глина и другие вещества). Процентное соотношение и качество используемых компонентов зависит от вида литья (отливки из чугуна, стали или сплавов цветных металлов).

По назначению формовочные смеси подразделяют на облицовочные и наполнительные. Облицовочные формовочные смеси соприкасаются с жидким металлом и работают в наиболее тяжелых условиях. Их приготовляют из кварцевого песка и глины. Для заполнения объема опоки используют отработанную формовочную смесь (наполнитель).

Изготовление песчано-глинистых форм вручную – процесс малопроизводительный и трудоемкий. Поэтому в современном производстве для выполнения формовочных работ применяются формовочные машины. Они повышают производительность труда рабочих-формовщиков в 10–20 раз.

Литье в металлические формы (кокильное литье). По сравнению с получением отливок в песчано-глинистых формах эта операция более простая и производительная. Металлическая, обычно стальная форма (кокиль) выдерживает тысячи отливок из различных цветных металлов и сплавов. Она имеет внутреннюю полость, соответствующую очертаниям отливки. В домашних условиях или в учебных мастерских кокильные формы можно изготовить из гипса, абразивных камней или из кирпича (см. ниже).

Перед заливкой жидкого металла форму подогревают (до температуры около 80 °C), а стенки внутренней полости смазывают смесью мела, графита и жидкого стекла с водой (для получения более чистой поверхности отливки). Затем в форму заливают жидкий металл. После затвердевания металла форму вскрывают и извлекают из нее отливку.

Литье под давлением. Этот вид литья осуществляют также в металлических формах. Давление на жидкий металл при заполнении формы позволяет отливке воспринять тончайшие очертания формы, уменьшает пористость металла. Заготовки деталей, полученные с помощью литья под давлением, имеют поверхность малой шероховатости и точные (до 0,1 мм) размеры, вследствие чего последующая механическая обработка их или очень незначительна, или совсем не нужна. Металл этих деталей имеет мелкозернистую структуру (результат быстрого охлаждения в форме) и высокую плотность, что повышает прочность деталей.

Литье под давлением позволяет получить детали и изделия сложной конфигурации с отверстиями, резьбой, выступами и т. д. из алюминиевых, медных, цинковых, сплава свинца с оловом и других сплавов.

Центробежное литье. Заливая металл во вращающуюся форму, осуществляют центробежное литье. Под действием возникающих при вращении сил металл прижимается к стенкам формы и, застывая, приобретает конфигурацию, точно соответствующую внутренним ее очертаниям (см. ниже). При этом структура металла получается уплотненной, так как всевозможные металлические включения и газы, образующиеся в процессе заливки жидкого металла, вытесняются ближе к центру вращения. Небольшой слой пористого металла, образующийся на внутренних поверхностях отливки, затем удаляется с помощью механической обработки. Центробежное литье применяют главным образом для получения отливок, имеющих форму тел вращения, например втулок, труб в промышленном производстве и художественного литья: перстней, колье и пр.

Литье по выплавляемым моделям. Вначале изготовляют металлическую модель (эталон) детали из стали или медных сплавов, по которой делают прессформу из легкоплавкого сплава. Затем в полученной прессформе отливают из воска модель будущей детали. Восковую модель и литниковую систему (также из воска) окрашивают погружением в специальную эмульсию.

Для лучшего контакта с формовочным материалом окрашенную поверхность модели припыливают прокаленным при температуре 400–500 °C тонким порошком корунда или кварца и подвергают сушке в течение 4–5 ч при температуре 20 °C, после чего модель с литниковой системой заформовывают в опоке с применением специальной формовочной смеси.

Изготовленная форма сушится при температуре 20 °C в течение 3–4 ч. Далее восковую модель выплавляют в печах при температуре 150 °C с выдержкой в течение 1,5–2 ч и последующим прокаливанием при температуре 800–850 °C. И только после такой длительной подготовки формы в нее заливают жидкий металл, который, затвердевая, образует отливку.

Литье по выплавляемым моделям позволяет получать мелкие детали в изделии сложной конфигурации с высокой точностью размеров (смотри, например, «Каслинское литье»).

 

2.6. Рабочее место. Основные инструменты

Оборудовать литейную мастерскую в домашних условиях крайне сложно. Правила безопасности запрещают делать ее в квартире многоэтажного дома. Получение отливок из бронзы, латуни, алюминия и даже цинка требует довольно высоких температур и подготовительной работы, для которой площади одной комнаты не всегда достаточно.

Еще одна причина, по которой не стоит проводить плавку металлов дома, – необходимость хранения большого количества горючих материалов. Обычная плавильная печь, работающая на угле, потребляет его столько, что придется отгораживать угол комнаты, а в случае пожара потушить его крайне сложно.

Многие литейщики-любители и профессионалы используют в качестве топлива пропан, хранящийся в баллонах. Он не выделяет побочных продуктов горения, прост в эксплуатации и обладает массой других достоинств. Но этот газ крайне взрывоопасен, поэтому хранить баллоны лучше в сарае в металлическом ящике, а рабочее место устроить так, чтобы они располагались в другом помещении, подальше от открытого огня.

Лучше всего устроить литейную мастерскую в отдельном строении на даче или в деревне. При этом подготовительные работы, то есть формовку небольших моделей, вполне можно производить дома. В профессиональных училищах, колледжах и университетах создают специальные литейные учебные мастерские.

Для формовки, собственно литья и хранения топлива должны быть предусмотрены отдельные помещения. Они должны хорошо сообщаться между собой, что облегчает переноску тяжелых форм от одного участка к другому.

Самое просторное помещение отводится для литейной. В центре или подальше от стен ставится печь (о том, какие бывают печи и как они работают можно почитать ниже). Пол вокруг делается земляным или выкладывается кирпичом.

В стороне невысокий верстак для литейной формы. Уровень расположения литейной чаши не должен быть выше уровня верхней части печи, чтобы при работе ковш не приходилось поднимать.

Следует сказать несколько слов об одежде литейщика. Ее следует делать из прочного материала, хорошо защищающего от тепла. Высокие ботинки на толстой подошве предохраняют ноги во время работы около печи. На руках обязательно должны быть перчатки, а при заливке – рукавицы из двухслойного брезента. Комната для формовки должна иметь не только хорошее дневное, но и искусственное освещение. Литниковые системы собираются на широком верстаке, за которым должно быть одинаково удобно и сидеть, и стоять. Большие формы заполняются и собираются прямо на полу.

Стол должен иметь жесткую крышку и прочно стоять на ножках, поскольку масса некоторых заполненных форм довольно велика. Вокруг него располагают ящики с инструментами, необходимыми при формовке, и съемными частями литниковых форм.

Многоразовые опоки средних размеров, очищенные от остатков формовочного материала, хранятся в специальном шкафу. Песок и глину держат в больших стационарных ящиках.

Обычно начинающему литейщику доступны два легкоплавких материала – свинец и олово. Пользоваться первым не рекомендуется, несмотря на всю простоту его обработки. Во-первых свинец ядовит, а дышать его парами еще более опасно. Во-вторых, от неосторожных опытов могут пострадать другие учащиеся и студенты.

Другой металл – олово (см. выше) – издавна использовался для отливки небольших предметов быта, а также игрушек. Помните сказку Г.-X. Андерсена «Стойкий оловянный солдатик»? Чтобы сделать фигурку из олова, понадобится большой опыт формовки, но сам металл крайне прост в обращении. Рабочее место оборудуется крайне просто. Прежде всего, необходим просторный стол, за которым можно было бы стоя собирать литейные формы и производить засыпку формовочной смеси. Место должно быть хорошо освещено, поскольку формы для микролитья (именно так называется отливка небольших изделий) по сложности не отличаются от обычных, а вот размеры их гораздо меньше.

Литье – сложный технологический процесс, требующий большого терпения. Для литья различных изделий необходимы специально изготовленные формы-опоки, модели, стержневые ящики для изготовления стержней и разнообразные инструменты, о которых мы поговорим ниже. Наряду с данными приспособлениями могут потребоваться также шаблоны (формовочные, скребковые, контрольные) и кондукторы для зачистки стержней.

Все перечисленные выше приспособления и будут являться для литейщика своеобразными инструментами, с помощью которых можно создать самые разнообразные художественные изделия из металлов.

Служебные инструменты. Помимо литейных форм, стержней и модельного комплекта, для ручного литья необходим и другой инвентарь, который условно можно разделить на несколько групп.

1. Инструменты, предназначенные для заполнения опоки формовочной смесью: прямоугольные или круглые сита с металлической сеткой, плоские или совковые лопаты.

2. В опоке смесь утрамбовывают с помощью ручных трамбовок, которые в зависимости от назначения могут быть различными: короткими – для уплотнения смеси в опоках с низкими стенками, или длинными – для уплотнения смеси в крупных опоках, с острыми или тупыми концами – для уплотнения смеси соответственно в объеме опоки или у ее поверхности.

3. Для контроля поверхностного слоя засыпанной и утрамбованной смеси используют уровень, или ватерпас.

4. Ровную гладкую поверхность можно создать с помощью гладилки или ланцета.

5. Упавшие внутрь формы формовочной смеси можно удалить с помощью крючка.

6. Выправлять углы лучше всего угловыми гладилками.

7. Для того чтобы избежать разрушения во время извлечения модели из формы, смесь необходимо увлажнить с помощью кисти.

8. Литниковые каналы лучше всего проделывать специальными ножами, сверлами или спицами из стальной проволоки.

9. Сгребать формовочную смесь в сито удобнее с помощью скребков и совков.

10. Для выравнивания поверхности литниковых ходов часто фигурные ложки.

11. Вентиляционные каналы можно проделать с помощью стальных игл разных диаметров: от 3 до 5 мм – при изготовлении небольших форм, от 7 до 10 мм – для крупных отливок.

12. Приготовленные модели расталкивают, используя специальные молоточки-киянки.

13. Лишними здесь не окажутся и щетки, которыми можно сметать остатки и лишние комочки формовочной смеси.

14. Для уплотнения формовочной смеси при изготовлении достаточно больших по размеру и массе форм рекомендуют использовать пневматическую трамбовку.

15. Часто внутри форм, на крестовинах, закрепляют крючки из изогнутой низкоуглеродистой стальной проволоки, которые служат опорой для формовочной смеси. Эти крючки для лучшего сцепления со смесью можно обмазать жидкой формовочной глиной.

16. Для того лучше зафиксировать формовочную смесь в верхней опоке, в ней устанавливают деревянные колышки.

17. Такие места в форме, как выступающие части, углы, болваны и переходы от тонких к толстым, закрепляют с помощью литейных гвоздей, или шпилек.

18. Проволочные или литые каркасы используют в литье в качестве «скелета» стержней. При этом в небольшие по размерам стержни вставляют в каркасы из тонкой проволоки, в более крупных стержнях устанавливают каркасы либо из проволоки диаметром до 9 мм, либо литые из чугуна.

19. Каждому литейщику необходимо всегда иметь под рукой пульверизатор (для нанесения краски на детали) и пневматические сопла (для обдува готовых форм перед сборкой их частей).

 

2.7. Материалы и печи для литья

 

Формовочные материалы. В зависимости от их применения формовочные материалы подразделяются на исходные материалы и смеси, а исходные в свою очередь – на основные и вспомогательные. Они имеют также рабочие свойства: природные и технологические. Природные свойства характерны для исходных формовочных материалов – песков и глин. Относятся к ним морфологический, зерновой и химический составы материалов. Рассмотрим это подробнее.

Морфологический состав. При разрушении горных пород образуются размельченные частицы, которые являются основой формовочных смесей. Они переносятся силами природы на большие расстояния и образуют залежи.

Зерновой состав – это размер и форма зерен формовочного материала, соотношение их между разными размерами. Он влияет на свойства формовочных песков. Размер зерен песка влияет на качество поверхности отливки. Более чистая поверхность получается при применении мелкого песка.

Химический состав. Зная химический состав формовочного материала, наличие в нем вредных и полезных примесей, можно определить возможность применения его для приготовления формовочных смесей со свойствами, обеспечивающими получение отливок хорошего качества.

К основным формовочным материалам относятся пески, глины и связующие.

Формовочные пески. Это осадочные горные породы, основную часть которых составляет кварц. Кварцевые пески имеют белый цвет. Различные оттенки формовочному песку придают примеси. Чем их меньше, тем песок светлее и огнеупорнее. Формовочные пески кроме зерен кварца содержат глину. В зависимости от содержания глинистой составляющей, кремнезема и вредных примесей кварцевые пески делятся на три класса: Об1 К, Об2 К, Об3 К (обогащенные). По содержанию кремнезема – на четыре класса: 1 К, 2 К, 3 К, 4 К и глинистые пески по содержанию глины на четыре класса: Т – тощий, П – полужирный, Ж – жирный, ОЖ – очень жирный.

Формовочные глины . Формовочные глины – это горная порода, которая после смачивания становится очень пластичной. Поэтому их применяют в качестве связующего частиц наполнителя при изготовлении прочных формовочных смесей.

Формовочные глины в зависимости от минерального состава делятся на виды, по пределу прочности при сжатии во влажном состоянии – на группы, а в сухом состоянии – на подгруппы.

Связующие. Это вещества, скрепляющие зерна песка в формовочной смеси. Самой распространенной является глина. Но ее применение имеет много недостатков. Она увеличивает пригар формовочной смеси на стенках отливок, уменьшает податливость, газопроницаемость, текучесть смеси.

Для того чтобы этого избежать применяют в качестве связующих особые материалы – крепители. Их вяжущая способность характеризуется удельной прочностью, под которой понимается прочность сухого образца, приготовленного из смеси с испытуемым крепителем, приходящаяся на 1 % содержания его в смеси.

Лучшими крепителями для стержней считаются растительные масла (льняное, конопляное), а также приготовленные из них олифы. Стержни, приготовленные из таких смесей, обладают высокой прочностью (в сухом виде), хорошо выбиваются из отливки, что очень важно при художественном литье.

В связи с тем, что масляные крепители дорого стоят, применение их ограничено. Большое распространение получили крепители П, сульфитно-спиртовая барда СП и СБ, декстрин, жидкое стекло.

Вспомогательные формовочные материалы . Стенки формы прогреваются до очень высокой температуры (1400 °C), вследствие чего происходит быстрое испарение влаги, содержащейся в формовочной смеси, и выгорание связующих материалов с образованием паров и газов при заливке расплавленного металла. Он может просачиваться в поры формы между зернами песка, часто сплавляя их. Все это отрицательно сказывается на качестве отливаемого изделия. Например, продолжительный нагрев стенки формы может привести к образованию в ней трещин и появлению их отпечатков на поверхности отливок; пары и газы могут проникнуть и остаться в металле, образуя в стенке отливки газовые раковины.

Образование шероховатостей поверхности отливки происходит из-за просачивания металла и вследствие этого пригара песка к ее стенкам. Пригар песка иногда приводит к неисправимому браку.

Для предупреждения подобных явлений применяются вспомогательные формовочные материалы. К ним относятся различного рода добавки, припылы, краски, натирки, формовочные клеи, разделительный песок и пр.

Добавки . Добавки – это опилки, молотый каменный и древесный уголь, конский волос, чугунная дробь. Их используют при изготовлении крупных форм и стержней, подвергающихся сушке перед заливкой металла. Для уменьшения пригара смеси к стенкам отливки добавляют от 3 до 6 % каменноугольной пыли. В производстве крупных архитектурных отливок во избежание образования трещин, которые появляются при сушке, в формовочную смесь добавляют конский волос. Для быстрого охлаждения массивных частей отливки применяют чугунную дробь, которую добавляют в формовочную смесь.

Припылы . Припылы – это порошки, наносимые на внутреннюю поверхность сырой формы. Это делается для того, чтобы расплавленный металл не смачивал стенки формы. Также предупреждается образование пригара на отливке.

В зависимости от размера изделия и толщины его стенок в качестве припыла применяют древесноугольный порошок, серебристый или черный графит, цемент и маршаллит.

Другие вспомогательные материалы. В сухих формах защитную пленку путем окрашивания стенок и стержней специальными формовочными красками. В их состав входят растворитель (вода или спирт), наполнитель (основной огнеупорный материал) и связующее вещество. Когда нужно получить особо чистую поверхность отливки, стержень натирают защитной пастой.

Для разделения одной части формы от другой применяют разделительный песок. Он не должен содержать глину, так как она обладает клеящим свойством. Используют обычно кварцевый песок. При изготовлении небольших форм применяют древесноугольный порошок, используемый для припыла. Стержневой клей используют для склеивания попарно частей больших и сложных частей. Иногда их склеивают раствором белой глины.

Формовочные смеси и их свойства . Если мы хотим получить отливку со сложным рисунком и тонкими стенками, то нужно обратить внимание на качество формовочной смеси при приготовлении литейной формы. Ее свойствами является прочность, пластичность, газопроницаемость, огнеупорность, податливость, состав зерен, теплопроводность. Коротко характеризуем каждое из них.

Прочность. Зависит от количества в ней глины и влаги, от формы и поверхности зерен песка смеси и степени уплотнения ее в форме. Чем больше глины и чем шероховатее поверхность зерен, тем лучше склеивание между собой и тем прочнее формовочная смесь.

Пластичность формовочной смеси зависит от размера зерен песка, количества содержащейся в ней глины, влаги и способа приготовления смеси.

Газопроницаемость. При заливке формы образуется большое количество паров и газов. Они препятствуют нормальному заполнению металлом полости формы. При повышенном давлении газ может проникать в металл, образуя газовые раковины в отливках. Способность формовочной смеси пропускать через стенки формы пары и газы, образующиеся при заливке, называют газопроницаемостью.

Огнеупорностью называют свойство смеси сопротивляться оплавлению под действием температуры заливаемого металла. Она зависит от размеров зерен песка и его химического состава. Чем крупнее зерна, тем труднее металлу оплавлять их, тем меньше пригорит смесь к стенкам отливки. Чем меньше в смеси легкоплавких составляющих, тем выше ее огнеупорность.

Залитый в форму металл при кристаллизации и охлаждении уменьшается в объеме, и готовая отливка будет иметь несколько меньшие размеры, чем полость формы. Такое явление называют усадкой отливки.

Литейная форма не должна сопротивляться усадке металла. Иначе в стенках отливки могут образоваться трещины из-за напряжений, возникающих в металле.

Свойство формовочной смеси, характеризующее сопротивление усадке отливки в форме, называется податливостью.

Разновидности формовочных смесей. При получении художественных отливок мы применяем формовочные смеси, которые делятся на несколько видов:

1. По типу использования – облицовочные, наполнительные, единые;

2. В зависимости от применяемых при приготовлении смеси песков – природные, или естественные, и искусственные, или синтетические;

3. По роду применяемого для отливки металла – для чугунного литья и для цветного;

4. По состоянию формы перед заливкой – для форм, заливаемых в сыром виде, и для заливания после сушки;

5. Специальные формовочные смеси.

Облицовочной смесью называют такую смесь, которую используют для изготовления рабочего слоя формы, соприкасающегося с моделью. Она первой принимает на себя температурные воздействия и должна обладать хорошей прочностью, пластичностью, огнеупорностью и газопроницаемостью.

Наполнительная – это такая смесь, которой заполняется форма после нанесения облицовочной.

Единые смеси применяются при машинной формовке. При изготовлении цветных отливок и тонкостенных ажурных и чугунных применяют природные формовочные смеси.

Искусственные, или синтетические, смеси представляют собой смесь песка или нескольких видов песка и глины с отработанным составом.

Для форм чугунных отливок используется смесь, обладающая хорошей огнеупорностью и газопроницаемостью, из-за высокой температуры чугуна, заливаемого в форму.

При производстве литейных форм для отливок из цветных металлов и сплавов (алюминиевые сплавы, бронза, латунь) применяют мелкозернистые формовочные смеси.

В формах, заливаемых по-сырому, применяются смеси крупных песков. Отработанную смесь используют при заливке форм после сушки. Освежается она за счет облицовочной смеси. В процессе художественного литья бывают моменты, когда применяют специальные формовочные смеси. Они бывают жидкими и песчано-смоляными.

Материалы для отливок. При художественном литье металлы в чистом виде практически никогда не применяют, так как их свойства не соответствуют требованиям, предъявляемым к отливкам. При соединении двух и более элементов в определенных пропорциях получаются сплавы. Они бывают нескольких разновидностей: цветные (медь, олово, алюминий, свинец, цинк, магний и т. д.), черные сплавы (чугун и сталь). Наибольшее распространение получили медные сплавы в производстве монументальных отливок, а серый литейный чугун – при отливке малых форм.

У всех металлов и сплавов имеются определенные механические, технологические и физические свойства. Немного подробнее о каждом из них.

Механические свойства – это прочность сплава, твердость, пластичность, вязкость, упругость.

К технологическим относятся литейные свойства сплавов, их свариваемость и способность к обработке резанием.

Физическими свойствами являются температура плавления сплава, цвет, плотность, расширение при нагревании, магнитные свойства, электро– и теплопроводность.

Также у сплавов есть литейные свойства. К ним относятся такие, как: жидкотекучесть, ликвация и усадка. Ниже приводятся объяснения по каждому свойству.

Жидкотекучесть – качество заполнения металлом литейной формы. Когда мы изготовляем ажурную художественную отливку со сложной поверхностью, хорошая жидкотекучесть просто необходима. Химический состав сплава и температура заливки – показатели жидкотекучести. У чугуна она увеличивается при повышении содержания кремния, фосфора и углерода, а сера и марганец понижают жидкотекучесть. Существует специальная литейная форма со спиралевидным каналом, при помощи которой и определяют жидкотекучесть.

Залитый в форму сплав при охлаждении теряет объем. Это называется усадкой, которая бывает объемной и линейной. Если в отливках возникает внутренние напряжения, вызывающие трещины, пористость, усадочные раковины, то причиной этому стала усадка.

Она также негативно влияет на объем и размеры изготовляемых отливок.

При кристаллизации сплава возникает неоднородность химического состава – это ликвация, которая наиболее выражена в массивных сечениях изделия.

Употребляемые литейные сплавы. Теперь нам необходимо подробнее остановиться на рассмотрении сплавов, применяемых при художественном литье. Как уже говорилось выше, их несколько.

Медные сплавы . Современные исследования историков и археологов свидетельствуют о том, что медь, вероятнее всего, была первым металлом, которым овладел человек, научившись выплавлять его из руд. Произошло это, судя по возрасту найденных в последнее время археологами древнейших изделий из меди, почти 10 тысяч лет назад.

С открытием металлургии медь и ее сплавы на много веков стали материальной основой техники. Затем люди научились выплавлять железо, и медь на целые тысячелетия утратила свое первостепенное значение в производстве орудий труда. Со временем наука и техника подготовили новые сферы использования меди. Медь стала одним из самых важных и широко распространенных легирующих элементов в десятках новых сплавов. Да и в электротехнике медь всегда являлась материалом номер один.

Если изделие будет работать в условиях повышенного трения, во влажной среде (морская вода), то такие детали необходимо изготавливать из медных сплавов. Также они имеют хорошие литейные свойства и их используют в художественном литье. Существуют два вида медных сплавов – бронза и латунь. Расскажем немного о каждом. Олово, свинец (см. описание выше), марганец, алюминий, добавленные к меди, – это и есть бронза. В свою очередь и бронза бывает двух видов – оловянная и безоловянная. Оловянные бронзы имеют как достоинства (высокое сопротивление износу и действию воды, хорошая жидкотекучесть), так и недостатки (высокая стоимость, низкая прочность при повышенной температуре, склонность к образованию усадочной пористости). Безоловянные бронзы обладают хорошей коррозийной прочностью и стойкостью, недороги, но в то же время отливки из них получаются с усадочными раковинами, не очень плотными.

Латунь – это сплав меди с цинком (см. применение цинка ниже). Иногда при плавке латуни добавляют и другие химические элементы. Эти сплавы чаще всего используют при изготовлении отливок со сложной поверхностью, потому что они имеют более плотную структуру и малую газовую пористость.

Алюминиевые сплавы. Бокситы – главная руда алюминия. Своим названием этот вид минерального сырья обязан местности Ле-Бо на юге Франции, XIX веке впервые были обнаружены его крупные залежи. Однако знакомство человека с этой рудой произошло гораздо раньше – в самом начале нашей эры. Сохранилось письменное свидетельство Плиния Старшего о том, как безыменный мастер изготовил для императора Тиберия серебристый сосуд из «глины». Император, отличавшийся недоверчивостью, подозрительностью и вероломством, приказал казнить мастера, так как побоялся, что доступное «глиняное серебро» обесценит его серебряные сокровища. Загадочная глина осталась безвестной еще на восемнадцать столетий.

XIX век, прославившийся крупными научными открытиями, дал путевку в жизнь многим химическим элементам, полезным ископаемым, металлам. Промышленная революция требовала новых материалов – прочных, легких, красивых. Но, как это нередко случается, путь нового материала от лаборатории до промышленного производства занимает десятилетия. Так было и с алюминием. От удачного эксперимента датского физика Ханса Кристиана Эрстеда, которому удалось получить чистый алюминий в виде тонкого порошка в 1825 году, а через 20 лет удалось получить новый металл в виде мелких зерен, до электролитического способа получения алюминия из глинозема прошел 61 год! В 1886 году в США студент Холл и во Франции химик Эру независимо друг от друга запатентовали этот способ, заложивший фундамент бокситодобывающей и алюминиевой промышленности.

В те годы выдающемуся русскому ученому Д. И. Менделееву на юбилей преподнесли брошку в виде маленькой ящерицы. Этот подарок считался сенсацией, так как ящерица была выполнена из совершенно нового, чрезвычайно редкого и дорого материала – алюминия.

В основном этот новый металл – алюминий, получали в небольших количествах химическими методами, и стоил он ненамного дешевле золота. Наряду с золотом и серебром алюминий шел на изготовление ювелирных изделий. Так, в 50-х годах XIX века из алюминия и золота сделали погремушку для сына французского императора Наполеона III (рис. 2.11).

Центральный шар погремушки и корона на нем сделаны из золота, а ангелочки и ручка в виде ангела – из алюминия. Погремушка украшена драгоценными камнями. (Коллекция сведений не слишком известных // Наука и жизнь. № 2, 1979).

А в 1884 году из алюминия сделали верхушку памятника Вашингтону в столице США. Пирамидка весом около 25 кг перед установкой на вершине обелиска была выставлена в витрине крупного ювелирного магазина в Нью-Йорке на удивление прохожим, никогда в жизни не видевших таких количеств драгоценного металла. Собственно, по своим качествам алюминий и сейчас заслуживает этого звания – необычайная легкость, красивый блеск после шлифовки и благородная матовость в окисленном виде, устойчивость к химикатам и легкость обработки делают его хорошим материалом для ювелирных и чеканных изделий. Но распространенность алюминия в горных породах и легкость получения в больших количествах почти совершенно лишили его этой роли. Зато в технике и строительстве алюминий – поистине драгоценный металл.

Из года в год стоимость алюминия снижается, а сфера применения расширяется. Почему? Этот металл имеет ряд уникальных свойств – он устойчив к коррозии, легок, весьма просто обрабатывается. Алюминий и его сплавы можно резать, штамповать и даже прессовать через специальные фильеры, выдавливая словно крем. Все эти свойства привлекают внимание инженеров, дизайнеров к широкому применению металла и его сплавов в строительстве, художественном литье и т. д.

Алюминиевые сплавы делятся на группы и марки, обладают хорошими литейными свойствами, великолепно обрабатываются, имеют малую плотность и довольно прочны. Наибольшее применение имеет группа сплавов кремния с алюминием. Их называют силуминами.

Серый чугун. Если учесть дефицитность и высокую стоимость медных сплавов, то лучшей замены им, чем серый чугун, не найти. Он обладает хорошими технологическими свойствами, высокой коррозийной стойкостью и низкой стоимостью. Поэтому широко применяется при изготовлении малых форм.

 

2.7.1. Плавильные печи

Чтобы приготовить металл для заливки в форму, существуют плавильные печи, в которых он расплавляется. Есть несколько разновидностей печей – это дуговые и индукционные электрические, пламенные и тигельные, вагранки, электрические печи сопротивления. Они должны обеспечивать: низкий расход топлива и хорошую производительность, небольшой угар расплава и минимальное насыщение его ненужными примесями, выход расплава заданной температуры, жидкотекучести и химического состава. Совсем немного поясним вопрос по поводу этих печей.

Рис. 2.11. Погремушка из алюминия, золота и драгоценных камней.

Если нам нужно иметь значительное количество металла с постоянным химическим составом, то более всего подходит для этого вагранка. Это печь непрерывного действия, и потому у нее такая высокая производительность. Она представляет собой шахтную плавильную печь, которая внутри выложена огнеупорным кирпичом.

Снаружи она облицована металлическим кожухом, сварным или клепаным.

При всех достоинствах этой печи у нее имеется очень существенный недостаток – в составе расплава увеличивается содержание серы (она переходит в чугун).

Пламенная печь используется при изготовлении цветных сплавов и плавке чугуна. Она представляет собой камеру, кожух которой собран из литых чугунных плит. Ее также изнутри облицовывают огнеупорным кирпичом.

Такие печи могут быть стационарными и поворотными. Они имеют большое преимущество, заключающееся в возможности получения чугуна с меньшим содержанием вредных примесей. Но по сравнению с вагранками пламенные печи менее удобны в работе и неэкономичны.

По типу энергии, применяемой для плавки, например тигельные печи (рис. 2.12) подразделяются на электрические и коксовые. Могут быть поворотными и стационарными и используются для плавки бронз и латуни. Преимущество плавки в таких печах – получение расплава с малым содержанием серы. Недостаток – большой расход кокса и малая производительность.

Электрические плавильные печи делятся на дуговые, индукционные и печи сопротивления. Чаще всего их применяют для плавки бронзы и латуни, но редко – чугуна. Дуговая электрическая печь – это стальной сварной барабан с графитовыми электродами, между которыми возникает дуга, являющаяся источником теплоты.

Индукционные печи относятся к агрегатам непрерывного действия, они очень экономичны и производительны. Достоинствами этих печей являются небольшой угар элементов, постоянный химический состав металла и отсутствие вредных выделений.

Мы же на первых порах будем использовать при литье малых форм небольшие электрические муфельные печи с температурой нагрева до 950-1200 °C.

Рис. 2.12. Стационарная тигельная печь.

 

2.8. Микролитье небольших изделий

Как овладеть технологией микролитья? Главное – тщательно продуманная подготовка и подробные записи о выполняемой работе. Это поможет учесть первые ошибки, а в будущем даст возможность экспериментировать.

Вот основные материалы и инструменты: олово или третник (сплав 2/3 олова с 1/3 свинца), пластилин и пчелиный воск для лепки моделей, гипс, тальк (можно заменить порошком пемзы), мастика белая скипидарная для натирки паркетных полов (может быть заменена мыльным кремом для бритья), раствор медного купороса с марганцовокислым калием, самодельная центрифуга, газовая горелка и опока (рис. 2.13). Миниатюрные чеканы, сделанные из вязальных спиц.

Как вы уже узнали, что существует несколько основных способов литья, вобравших в себя опыт древнего ремесла и современной технологии изготовления художественных произведений из металла. Применительно к олову это способы барельефного литья, ажурного литья, объемного литья и кокильного литья. О каждом из них мы расскажем подробно.

Все оборудование для микролитья можно изготовить своими руками. Опока – это отрезок трубы с толщиной стенки 2–3 мм. Заготовить нужно несколько опок различного диаметра для моделей разной величины. Но учтите, что самая большая опока должна свободно умещаться в подставке ручной центрифуги.

Центрифуга изготовляется так. В деревянную ручку пропустите металлический стержень толщиной около 5 мм. К стержню неподвижно прикреплена серьга. Ручка длиной 4–5 см должна свободно вращаться на стержне (см. рис. 2.13 и 2.17, позиция 1). Подставку для опоки изготовьте из железа. Диаметр ее 7–8 см, высота бортика 2,5–3 см. К бортику приклепайте скобу высотой 11–12 см от основания подставки. Вверху скобы приварите или сделайте витое кольцо. Соедините его с серьгой проволочным коромыслом с согнутыми на концах кольцами. Места соединения должны быть прочными и подвижными. Длина коромысла 25–50 см, толщина 4 мм. Чтобы уверенно пользоваться центрифугой, потренируйтесь сначала: поставьте в нее сосуд с водой и вращайте, стараясь не пролить воду.

Наиболее простой и удобный аппарат для плавки металла состоит из портативного баллончика с пропаном, бронированного шланга к нему и самодельной горелки (см. рис. 2.13).

Рис. 2.13. Горелка, центрифуга, опока.

Отрежьте от железной трубы подходящих размеров втулку для сопла горелки. Затем, прорезав в нескольких местах ножовкой край трубки, ковкой сузьте на конус одну из сторон и опилите. После этого вдоль втулки просверлите и пропилите отверстия. Из латуни выточите пробку и плотно вгоните молотком в сопло. В центре пробки просверлите отверстие и нарежьте резьбу для трубки, которая будет подавать газ в горелку. Трубку подберите с таким расчетом, чтобы в ней можно было нарезать резьбу для капсюля. Капсюль вывинчивают из шланга. Трубку с капсюлем ввинтите в пробку, аккуратно изогните и насадите на другой конец ручку из дерева или эбонита. Бронированный шланг удлините прочным резиновым шлангом, способным выдержать давление газа.

Регулируют подачу газа краном, расположенным на шланге. Зажигайте горелку при минимальной подаче газа, а потом увеличивайте пламя. Горелка развивает температуру до 1000 °C – ее вполне достаточно, чтобы заниматься художественным микролитьем.

Во время работы с горелкой баллон с газом не должен находиться рядом с пламенем.

Различных сплавов для мелких отливок существует множество. Можно взять, например, такой: 63,7 % меди, 33,5 % цинка, 2,55 % олова, 0,25 % свинца. Пусть вас не пугают десятые и сотые доли процента – не обязательно слишком точно придерживаться этой пропорции.

Хорошо продумайте, что вы будете отливать, потом приступайте к изготовлению восковой модели. Учтите, что расплавленный металл повторит все огрехи модели, поэтому тщательно отделывайте ее.

К модели прикрепите расплавленным воском металлические литниковые штифты толщиной 1–2 мм. Хороший штифт получается из швейной иглы, если отломать острие. Чаще всего для равномерного и быстрого заполнения формы требуется несколько штифтов – в этом случае они обязательно должны пересекаться в одной точке, где также скрепляются воском.

Впоследствии точка пересечения окажется вне формовочной массы – это видно на рисунке 2.13.

Учитывая габариты модели, подберите опоку. Высота опоки определяется с таким расчетом, чтобы расстояние ее воображаемым дном и моделью составляло 1–1,5 см, а вверху можно было вырезать в формовочной массе литниковую чашу для плавки металла.

Формовочную массу приготовьте из двух частей гипса и одной части талька или пемзового порошка. Хорошо перемешайте состав и засыпайте в воду. Масса должна приобрести консистенцию негустой сметаны. Поставьте опоку на лист асбеста и заполните формовочной массой. Пока масса не затвердела, возьмите модель за штифт и погрузите в нее, слегка вибрируя, чтобы удалить пузырьки воздуха. Не раньше чем через полчаса скальпелем вырежьте литниковую чашу и плоскогубцами осторожно удалите штифты. Литниковые каналы, оставшиеся после удаления штифтов, должны располагаться в центре литниковой чаши, имея каждый самостоятельный выход.

Поместите опоку в духовку или муфельную печь литниковыми каналами вниз и в продолжение двух часов постепенно (иначе пар разорвет форму) повышайте температуру до 350 °C. После этого положите опоку боковой стороной на газовую плиту, подстелив лист асбеста, и, увеличивая огонь, выжгите оставшийся воск, поворачивая опоку для равномерного прогрева. Продолжайте нагрев и после того, как выгорит весь воск: обжиг необходим для повышения газопроницаемости формы. Как только стенки опоки станут красными, перенесите ее в ручную центрифугу. В литниковую чашу аккуратно заложите нужное количество металла и начните плавку, подсыпав немного буры. Плавящийся металл не пойдет без давления в узкие литниковые каналы. Но вот металл расплавлен весь, вы начинаете быстро вращать центрифугу, и металл устремляется в форму. Двадцати оборотов центрифуги достаточно, чтобы не только заполнение формы, но и кристаллизация металла произошли под давлением.

Чтобы извлечь отливку из формы, надо горячую опоку подставить под струю воды, направленную в литниковую чашу. Форма разрушится, и вы увидите почти готовое изделие (см. рис. 2.14, 2.15, 2.16). Отливку отбелите в 15 %-ном растворе серной кислоты.

Из мелких фрагментов можно с помощью пайки монтировать более крупные художественные произведения.

Занимаясь микролитьем, не забывайте ни на минуту о технике безопасности. Внимательно прочтите и запомните инструкцию, как обращаться с газовыми баллонами, – такая инструкция есть в каждом обменном пункте газовых баллонов. Приготовляя раствор серной кислоты, помните, что нужно кислоту лить в воду и ни в коем случае не наоборот. Раствор нужно готовить осторожно, не проливая кислоту. Прорезиненный фартук, резиновые перчатки, очки необходимы.

Рис. 2.14. Перстень. Автор В. Островский.

Рис. 2.15. Брошь. Инкрустирована жемчугом, обрамление – дерево. Автор И. Малаховский.

Рис. 2.16. Кольцо с зодиакальным знаком. Автор И. Малаховский.

 

2.9. Барельефное литье

Характерной особенностью барельефного литья является определенная высота рельефа над фоном – она не превышает обычно 1/3 плоскостных размеров изделия.

Работа начинается с изготовления модели из пластилина. Удобнее всего лепить на стекле или пластмассе (рис. 2.17, позиция 2). Готовая модель, например, барельеф декоративной решетки или барельефное изображение человека, животного, заливается раствором гипса. Готовить его очень удобно в резиновой чаше (срезанный на 1/3 резиновый мяч); в нее засыпают такое количество гипса, чтобы его вершинка слегка выступала над залитой в чашу водой. В перемешенном виде раствор должен по густоте напоминать жидкую сметану.

Первый слой гипса наносят на модель кисточкой, не допуская образования пузырьков воздуха в углублениях; затем модель помещается в ограждающую рамку (опоку), которая не позволит гипсу растечься при заливке всего объема (рис. 2.17, позиция 3). Через 10–15 минут гипс затвердеет и слепок (полуформа) с модели готов. Пластилин удаляют стеком под струей теплой воды.

Рис. 2.17.: 1 – центрифуга; 2 – формовка кулона; 3 – заливка гипсом; 4, 5 – прокалка (сушка) формы на газовой плите.

При помощи этой же опоки отливают вторую полуформу – цельную пластину из гипса. На ее гладкой стороне прорезают литники и выпоры (рис. 2.17, позиция 4). литниками называются отверстия, по которым металл заполняет форму. Выпоры – вспомогательные отверстия, по ним под давлением расплавленного металла воздух и литейные газы выходят из пустот формы.

Обе полуформы складывают вместе и обвязывают мягкой медной проволокой, шов заливают гипсом. В верхней торцевой части полуформ делают воронку (от дна которой начинается литник), в не будет заливаться расплавленное олово или третник. Готовую гипсовую форму сушат на очень слабом огне газовой плиты примерно около 3 часов при температуре не более 150–200 °C (рис. 2.17, позиция 5). Нужно следить, чтобы сушка шла медленно, иначе форма может разрушиться.

После того как изготовление формы заканчивается, можно приступить к литью. Оно начинается с расплавления металла. Для получения качественной отливки важно выдержать оптимальную температуру расплава. Признаком достижения нужной температуры служит пленка соломенно-желтого цвета, образовавшаяся на поверхности жидкого олова. Расплав такой температуры и следует заливать в форму. Пренебрежение этими требованиями отрицательно скажется на отливке: недогретый металл даст смазанный отпечаток, перегретый (более 360 °C) – перекристаллизует гипс формы, и пары кристаллизованной воды оставят раковины на поверхности отливки.

Остывшую форму помещают в чашу центрифуги, быстро заливают металл и начинают энергично вращать центрифугу в вертикальной плоскости. Под действием центробежных сил расплавленный металл заполнит все мельчайшие углубления формы. Если модель не имеет мелких деталей и значительных углублений, можно обойтись без центрифуги.

Вращение центрифуги продолжается не более полминуты. За это время металл кристаллизуется и застывает. Как только олово в форме застынет, форму опускают в миску с водой. Размокший гипс легко удаляется, и отливка освобождается, с нее срубают весь лишний металл: литники, выпоры и т. д. Если отливка получилась с дефектами – раковинами, недоливами, – нехватку металла можно восполнить с помощью электропаяльника мощностью 80 Вт.

Затем приступают к окончательной отделке. То, что не удалось сделать в пластилине, доводят теперь на металле. Отливку крепят сургучом на деревянной пробке или дощечке и зажимают ее в тиски. Обработку отливки ведут шаберами, чеканами, штихелями (см. далее главы: «Чеканка» и «Гравирование»).

В процессе обработки олово приобретает блеск, и блики мешают видеть форму. Убрать их можно тонированием раствором медного купороса. Купорос придает изделию серовато-черный оттенок, напоминающий старое серебро. После окончательной полировки тонировку нужно сохранить в углублениях. Таким приемом удается еще больше подчеркнуть рельефность. Изделия, выполненные при помощи барельефного литья можно отделать плавленым бисером, инкрустировать жемчугом, эмалевыми вставками (см. рис. 2.14– 2.16 и 2.18).

Нередко, чтобы уменьшить вес изделия и получить тонкостенную отливку (она меньше подвержена усадочным раковинам), пластилин из первой полуформы удаляют частично, сохраняя только лицевую оболочку толщиной 2–3 мм. Вторая полуформа должна быть выпуклой и соответствовать пустотам на полях первой половины делают полукруглые замковые лунки, а затем вместе с пластилином смазывают ее растительной смазкой – скипидарной мастикой или мыльной пеной. Вторая полуформа отливается на разделительную смазку поверх первой полуформы. Затем полуформы разнимают и удаляют пластилин. На второй полуформе прорезают литники и выпоры, и на обеих режется литниковая воронка.

Рис. 2.18. Кулон. Инкрустирован плавленым бисером. Автор И. Малаховский.

Форма для отливки медалей изготовляется примерно так же (см. главу «Басма»). Нужно только во время литья размещать ее не строго вертикально, а наклонно, под углом 30–40°. При таком положении отливка медалей идет качественнее.

 

2.10. Ажурное литье

Олово теперь стало привычным металлом, но в XVI–XVII веках оно вывозилось в Россию из других стран и ценилось довольно высоко. Тонким слоем олова покрывали железные изделия, чтобы предохранить их от ржавчины. Из серебристого легкоплавкого металла отливали русские мастера посуду с рельефными украшениями. Поверхность изделий из мягкого, податливого олова легко обрабатывалась резцом. Поэтому отлитые изделия часто украшались гравированными орнаментами и надписями затейливой старославянской вязью. Много образцов оловянной посуды хранится в Историческом музее в Москве (см. рис. 2.19, фрагмент деревянной рамы).

Из-за хрупкости олова ажурное литье из него применялось чаще всего в тех случаях, когда отливки крепились на основании из более прочного материала, например на дереве. Отлитые в мастерских ажурные полоски и бляшки с низким узорным рельефом набивали мелкими гвоздиками на стенки деревянных ларцов и рам для зеркал. Иногда для большей декоративности под ажурные оловянные пластины подкладывали ярко окрашенную слюду, а сам узор золотили. Так отделаны деревянные панели Благовещенского собора Московского Кремля.

Технология старинного способа украшения изделий ажурными оловянными пластинками довольно проста и не требует сложного оборудования. Вы можете декорировать ларцы, шкатулки, настенные панно из дерева и металла.

Рис. 2.19. Фрагмент деревянной рамы, отделанной оловом. XVII век. Государственный Исторический музей, Москва.

При разработке эскиза, особенно для настенного панно интерьера, желательно использовать не только традиционные растительные мотивы, но и стилизованные изображения архитектурных сооружений, зверей, птиц, рыб, насекомых. В эскизе нужно заранее учитывать технологические особенности ажурного литья, следить за тем, чтобы все элементы будущего рельефа, соприкасаясь, образовывали монолитную ажурную решетку. Если предполагаете украсить крупные изделия, рельеф на эскизе следует разделить на несколько частей и потом отливать каждую отдельно.

Любой узор состоит из повторяющихся элементов, так называемых раппортов. Достаточно изготовить литейную форму для одного такого раппорта, чтобы потом в ней отлить последовательно весь узор. Из двух-трех раппортов можно составить более сложный узор. Литейная форма в этих случаях для каждого раппорта изготовляется отдельно (рис. 2.20).

Эскиз нужно делать на тонкой бумаге, с которой будет проще перевести изображение на материал для формы.

Отливку производят в глиняной или гипсовой форме. Глину нужно хорошо отмутить, то есть удалить из нее посторонние примеси. Широко известен способ отмучивания глины в воде. Разведенной в воде глине дают отстояться – песок и щебенка опускаются на дно, а травинки и щепки поднимаются на поверхность. Осторожно слив воду, снимают верхний слой глины. Подсушенную глину пускают в дело.

Есть и другой, менее известный способ отмучивания. Куски глины высушивают на солнце или в помещении, а затем толкут в ступе. Растолченную в порошок глину просеивают через мелкое сито, в котором остаются посторонние примеси. По мере необходимости глиняный порошок растворяют в воде, получив массу любой вязкости.

Формы для небольших отливок из металла можно изготовить из жирной глины, для более крупных – из тощей, в которую добавлено небольшое количество мелкого речного песка. Чтобы глина была однородной, в течение нескольких минут тщательно разминайте ее руками. Затем из хорошо промятой глины слепите прямоугольную плиту по размерам отливки, с небольшим припуском на поля. В зависимости от размеров толщина плиты будет колебаться от одного до двух сантиметров.

Рис. 2.20.: 1 – стеки и лощильники; 2 – эскиз ажурного узора бляшки; 3 – вырезание формы и лощение; 4 – заливка металла; 5 – крепление бляшки на деревянную основу. Художник Г. Я. Федотов.

Если плита для формы выполняется из гипса, то ее нужно формовать с помощью деревянной рамки-опалубки (см. параграф «Барельефное литье»), полотно прилегающей к ровной поверхности стола. Разведите гипс чистой водой до вязкости сметаны и заполните доверху рамку-опалубку. Резать литейную форму можно будет только после того, как схватится гипс, но не затвердеет. Во время работы затвердевший гипс время от времени слегка сбрызгивайте чистой водой из пульверизатора.

Резать литейную форму удобно специальными стеками, наконечники которых можно сделать из старой спиральной пружины. Пружину отпустите в муфельной печи или на огне и разрежьте ножницами на полосы шириной 2–3 мм. Заточив у каждой полоски одну из сторон, согните их, как показано на рис. 2.20, позиция 1. Затем, закалив, вставьте в отверстия, заранее просверленные в деревянных рукоятках. Стеки нужно изготовить не только различной конструкции, но и различных размеров. Чем больше разных стеков, тем удобнее работать.

Кроме стеков потребуются скальпель и лощильники. Лощильники можно вырезать из плотной древесины твердых пород: самшита, груши, яблони, бука, клена или березы. Лощильники нужно пропитать горячим льняным маслом или натуральной олифой (рис. 2.20, позиция 2).

Когда масло или олифа высохнут, рабочие части лощильников, имеющие в основном шаровидную форму, нужно отшлифовать до блеска мелкозернистой наждачной бумагой.

Лощильники будут более надежными, если их рабочую часть выточить из стали, латуни или алюминия на токарном станке. Хорошие наконечники лощильников можно сделать из шариков от подшипников. Различной величины шарики приварите к металлическим стержням, которые затем насадите на деревянные рукоятки. Лощильниками уплотняют и выглаживают стенки формы до получения глянцевитого блеска.

Переводить рисунок на плиту и резать форму можно только при таком состоянии материала, когда глина подсохнув, станет достаточно твердой, но не утратит способности легко резаться. Рисунок на гипсовую плиту перенесите способом припороха, а на глиняную – передавливанием. Чтобы переведенный рисунок был более четким, обведите его концом шила или иглы (см. рис. 2.20, позиция 2).

Литейная форма, вырезаемая на плите, представляет собой обратный рельеф. Каждому углублению в литейной форме будет соответствовать выступ рельефа на отливке.

Вырезав форму, следите за тем, чтобы срезы были четкими и чистыми. Качество резьбы во многом зависит от состояния формовочного материала. Слишком влажная глина прилипает к инструментам, а сухая, наоборот, крошится. Форму начинайте резать широкими стеками, а заканчивайте более узкими. Некоторые особо мелкие детали удобно вырезать кончиком скальпеля.

Закончив вырезать форму, смахните кистью попавшие в нее глиняные крошки и обработайте стенки лощильниками (см. рис. 2.20, позиция 3).

Готовую литейную форму можно залить не только расплавленным оловом, но и сплавом олова со свинцом (третником), оловянным припоем. Если нет муфельной печи и графитного тигля, металл довольно легко расплавить на газовой или электрической плите в жестяной банке. Чтобы не обжечь руки, прикрепите к банке толстой проволокой деревянную ручку.

Расплавленный металл должен заполнить все мельчайшие углубления формы. Чтобы металл быстро не остывал и долго сохранял текучесть, необходимую для заполнения формы, плиту с формой нужно предварительно нагреть. Нагретую плиту положите строго горизонтально на обитый жестью стол и осторожно влейте в форму расплавленный металл (см. рис. 2.20, позиция 4).

Помните: работать необходимо в рукавицах и защитных очках, в хорошо проветриваемом помещении!

Извлечь отлитый рельеф из литейной формы можно только когда металл остынет, слегка поддев его кончиком скальпеля. Рельеф будет значительно легче отделяться от формы, если перед заливкой форму слегка присыпать тальком или графитовой пудрой. Графитовую пудру можно приготовить из стержня простого карандаша, измельчив его в ступке, а затем просеяв через мелкое сито.

Остывая, металл дает усадку, но она настолько незначительна, что практического значения при ажурном литье не имеет.

Если грани рельефа на отливках получатся не очень четкими, их можно подправить гравировальными резцами и заодно, если хотите, нанести гравировальный рисунок (см. рис. 2.20, позиция 5).

Когда будут отлиты все элементы узора, можно приступить к их монтажу на украшаемом изделии. Ажурные бляшки и полоски крепят на деревянной основе мелкими гвоздиками. В нескольких точках каждой бляшки или полосы просверлите сквозные отверстия по диаметру гвоздиков, предусмотрев углубления под шляпки.

Под ажурное литье можно подложить яркую цветную бумагу или фольгу.

Старые мастера не маскировали шляпки гвоздей, но при желании вы можете это сделать. На каждую шляпку положите небольшой кусочек канифоли. Нагретым паяльником осторожно наплавьте олово на заглубленную шляпку. Когда олово остынет, зачистите мелкозернистой наждачной бумагой этот участок рельефа. После того как все бляшки и полосы будут прибиты, их можно спаять в местах стыка. Узор будет казаться монолитным.

Если ажурные отливки вы предполагаете крепить на металлической основе, например на медном или стальном листе, то припаяйте их к основе в нескольких точках паяльником. Эффектно выглядит ажурный узор на стали, меди или латуни, предварительно декорированных патинированием. Если ажурное литье выполнено из чистого олова, патинировать металлический фон различными химикатами можно и после монтажа: олово не вступает в реакцию с патинирующими растворами, в то время как сталь или медь приобретает определенную окраску.

Рис. 2.21. Настенное панно. Керамика, олово, фольга. Современная работа.

Прикреплять ажурные отливки к металлу можно и более надежным способом. Наложите отлитое ажурное изделие на лист стали или меди, предварительно покрытой слоем декоративной патины. Просверлите сквозные отверстия одновременно на отливке и металлическом листе. Затем вставьте в отверстия кусочки медной проволоки и припаяйте их концы к отливке, тщательно замаскировав место спайки. Выступающие концы проволок загните с обратной стороны листа и тоже припаяйте.

Небольшую ажурную отливку можно приклеить эпоксидной смолой или другим клеем к керамической плитке, предварительно украсив фольгой (см. рис. 2.21).

 

2.11. Объемное литье

В отличие от барельефного и ажурного с помощью объемного литья можно получить выгнутые рельефы, кольца и перстни с орнаментом по всему периметру (см. рис. 2.14, 2.15, 2.16 и 2.18). Также изготовляются и полнообъемные фигуры.

Технологию объемного литья мы опишем на примере изготовления художественного кольца (см. рис. 2.14). И в этом случае работа начинается с создания пластилиновой модели. Кольцо задуманной формы лепят стеками на стеклянной пробирке диаметром 18–20 мм. Не надо огорчаться, если не удается тонко проработать все детали кольца. Из-за мягкости материала этого и невозможно добиться. Вся мелкая доводка пойдет в оловянной отливке.

После того как модель закончена, приступают к изготовлению литейной формы. Разведенный до густоты сметаны гипс наносят в несколько слоев на модель. Первый слой, так называемый облицовочный, толщиной 2–3 мм накладывают тонкой кисточкой. Ее острием заполняют все углубления в пластилине. Большими каплями гипс накладывать нельзя, иначе между гипсом и моделью могут остаться пузырьки воздуха. Второй слой большей толщины наносится стеком, когда разведенный гипс уже начинает схватываться. Далее на модель наращивают гипс так, чтобы скульптурное изображение было внизу, а литейная коронка вверху (рис. 2.22, позиция 6, первые пять позиций смотрите в барельефном литье). Когда форма схватится, ее помещают под струю теплой воды. Пластилин размягчится, и тогда не составит труда вынуть из формы стеклянную трубку.

Далее под струей теплой воды стеком удаляют пластилин модели. Вынутую стеклянную трубку нужно заменить пустотелым гипсовым стержнем, который встанет на ее место в блок-форме. Стержень делается так: ту же стеклянную трубку обертывают в два слоя мокрой писчей бумагой (рис. 2.22, позиция 7), бумажное кольцо сдвигают по трубке-пробирке к ее донышку (рис. 2.22, позиция 8), и в образовавшийся бумажный стаканчик до половины наливают гипс. Через 1–2 минуты, когда гипс начнет схватываться, его разгоняют стеком по стенкам и дну бумажного стакана, а затем заделывают гипсом и верхнее отверстие. Полость в гипсовом стержне нужна будет при литье, в ней образуется тот запас расплавленного металла, где соберутся усадочные раковины. Готовый стержень под струей воды вставляют в отверстие формы, слегка поворачивая в обе стороны для протирки.

Гипсовую форму необходимо снабдить системой литников и выпоров. Сначала сверлятся литники в стержне, соединяющие его объем с небольшим объемом формы. Затем стержень вставляют в форму и сверлят основной вертикальный литник, между литейной воронкой и полостью стержня. Далее сверлятся выпоры (рис. 2.22, позиция 9). Мокрая гипсовая форма настолько мягка, что литники и выпоры можно сверлить, держа сверло прямо в пальцах. Сверлить литники и выпоры вполне доступно стеком, кончик которого имеет форму круглой лопаточки.

После сверления стержень нужно вынуть из формы и смыть остатки размельченного гипса. Промытый стержень окончательно вставляется в форму, а две кольцевые щели между стержнем и формой замазываются жидким гипсом. Форма готова к сушке. Сушат блок-форму очень тщательно. Операция заливки олова в форму, а также все последующие технологические операции идут в том же порядке, что и при барельефном и ажурном литье.

Фигурки человека, животных и т. д. отливают в полнообъемные неразъемные формы. В этом случае модель лепят из мягкого пчелиного воска или режут из более твердого технического. Для изготовления модели берут металлический стержень, и конец его окунают несколько раз в расплавленный воск, чтобы получилась булька – заготовка для лепки. В готовую модель перед формовкой в гипс втыкают два куска тонкой проволоки – они создадут каналы для выпоров. Литник будет образован вынутым металлическим стержнем.

Рис. 2.22. Формовка кольца и литье кольца; формовка кольца, подготовленная для заливки оловянного солдатика.

Гипсовую форму изготавливают так, как было описано выше. После отвердевания ее выдерживают в кипятке, пока воск не растает и не выйдет по литнику и выпорам на поверхность воды.

Кокильное литье . Вся история оловянного литья связана с литьем в кокиль. Из дошедших до нас памятников материальной культуры мы знаем, что еще древние литейщики пользовались кокильными формами, и они были разъемными. Изготовляли их из обожженной глины (керамики), известняка и природного гипса-ангидрида. Правда такие формы были не прочными и служили не долго. Более долговечными оказались формы из природного шифера, змеевика, свинца и бронзы. С XV века начали применять медь, а с XIX века и по сей день пользуются формами из чугуна и стали (см. выше).

В домашних условиях и в мастерских образовательных учреждений кокильные формы можно изготавливать из гипса или абразивных камней. Прочная гипсовая форма получается, если гипс замешивают на жидкости, состоящей из четырех объемов воды и одного объема насыщенного раствора буры. Используют при кокильном литье и так называемый мраморный гипс. Есть два рецепта его приготовления.

Первый: на четыре весовых части гипса добавляют одну часть буры и доводят водой до консистенции жидкой сметаны.

Второй: гипс замешивают на растворе столярного клея. Клея в воду добавляют столько, чтобы пальцы лишь слегка склеивались. Следует иметь ввиду, что эти добавки увеличивают время затвердевания гипса.

Кроме гипсовых форм, можно использовать формы из абразивных камней (например, оселков для правки бритв и столярного инструмента) и сланцевых камней. Объемное скульптурное изображение гравируют в их толще. Выпоры прорезают штихелем вокруг изображения и отводят их в стороны вверх. Для заливки олова в разъемных формах вырезают воронку (см. рис. 2.22, позиция 10).

Отливка оловянного солдатика .

Многие учащиеся СПТУ и студенты интересуются историей военной техники, собирают оловянных солдатиков, но пополняется она редко. Коллекционеры с трудом находят нужные экземпляры. Если вы хотите заняться художественным литьем, этим увлекательным делом, придется овладеть сразу несколькими профессиями: быть и художником, и скульптором, и мастером по отливке. А теперь о самом процессе.

По эскизам лепят фигурку из скульптурного пластилина и покрывают лаком. Когда лак высохнет, наносят разделительный слой – вазелин или растворенный в керосине воск. Фигурку кладут на пластинку пластилина, не забыв обозначить на ней литниковую часть – утолщения для заливки олова. Скульптуру осторожно вдавливают, примерно до середины. Открытую часть покрывают герметиком (специальным клеем), высохнув, он передаст мельчайшие детали рельефа. Клей наносят в три слоя, между вторым и третьим для прочности прокладывают марлю. Каждый слой сохнет сутки. Пластинку с солдатиком помещают в картонную коробку, наносят разделительный слой и на 0,5 см заливают гипсом, разведенным до консистенции жидкой сметаны.

После полного высыхания гипса (2–3 дня) процесс повторяют, но уже со второй половинкой фигурки. Когда будут готовы оба слепка, не вынимая из гипсовой формы (такая формочка может прослужить не один десяток раз), их изнутри покрывают графитом. Обе части скрепляют. Можно заливать олово.

Рис. 2.23. Фигурку до половины заделайте в пластилин. Для выхода воздуха проведите неглубокие канавки.

Рис. 2.24. Покройте герметиком в три слоя

Рис. 2.25. Перед заливкой олова нанесите слой графита

Рис. 2.26. Заливка металла в кокиль

Рис. 2.27. Облой (лишний материал) легко удаляется с помощью ножа. Такая формочка может прослужить не один десяток раз.

Облой (лишний материал) с отлитой заготовки легко удаляется с помощью ножа. Готового солдатика раскрашивают гуашью, темперой или масляными красками, а затем покрывают лаком или эпоксидным клеем (см. рис. 2.23–2.27).

 

2.12. Литье небольшой шкатулки

Олово довольно дорогой металл. Поэтому его в художественном литье стараются заменить другими металлами или сплавами с низким содержанием олова.

Очень широко в литейном деле используют медные сплавы. В первую очередь это латунь – сплав меди с цинком, в который часто включаются добавки: олово, алюминий, марганец, свинец и др. Температура плавления латуни различных марок 980–1000 °C. Латунь достаточно недорогой материал. Она обладает хорошими литейными свойствами. Особенно ярко это выражается у латуни марок ЛЦ30А3, ЛЦ38Мц2С2, ЛЦ16К4, у алюминиевой латуни ЛА67-2,5, марганцево-свинцовой латуни ЛМц58-9-2. В маркировке начальная буква «Л» обозначает название «латунь», далее – добавки «А» – алюминий, «Ц» – цинк, «Мц» – марганец. Отливки из латуни имеют хорошую плотную структуру. Они хороши для изделий сложных форм, в том числе и ажурных.

Выпускается латунь в виде проволоки, прутков, листов и слитков. На открытом воздухе и от частой смены температуры латунь теряет блеск, покрывается сернистыми и оксидными пленками, чернеет и даже разрушается. Поэтому нужно тщательно продумать условия хранения сырья. Готовые латунные изделия использовать в закрытых помещениях.

Механические свойства латуни также отвечают предъявляемым требованиям – чистовая обработка латунных отливок не вызывает особых затруднений. Часто на латунные отливки гальваническим способом наносят металлические покрытия. Никелевые покрытия обеспечивают защиту изделия от коррозии, серебряные и даже золотые покрытия применяются в производстве недорогих ювелирных изделий.

Прочие сплавы на основе меди называются бронзами. Наиболее распространенной является оловянная бронза (сплав меди с оловом). Она отличается высокой жидкотекучестью, долговечностью. Бронза устойчивей реагирует на влияние коррозийных факторов, а потому широко применяется для уличной архитектуры и скульптуры. Наилучшим материалом считается оловянная бронза с содержанием олова 5–7 %. Положительным считается присутствие в оловянных бронзах 5–7 % цинка и 1–4 % свинца. В художественном литье применяются сплавы с низким содержанием олова – 0,5–3 % (марка БХ-3). Содержание цинка в этом сплаве достигает 25–35 %. Применяется также бронза БХ-2 (олова 1–5 %, цинка 8-13 %), БХ-1 (олова 4–7 %, цинка 5–8 %).

С увеличением процентного содержания олова цвет бронзы меняется от красного (до 10 % олова), до желтого (до 15 % олова). При содержании 50 % олова бронза приобретает белый цвет, при более чем 70 % олова – серо-стальной.

Еще одна группа бронз, так называемые безоловянные или специальные бронзы, представляют собой сплавы меди с алюминием, марганцем, свинцом. Эти бронзы стоят дешевле, прочны и стойки к коррозии. Применение их в литейном деле ограничено в силу большой усадки. Однако это не имеет большого значения для отливки неответственных изделий.

Маркировка бронз начинается с букв «Бр». Далее – начальные буквы входящих в сплав элементов: А – алюминий, Ж – железо, Мц – марганец, О – олово, С – свинец и т. д.; после названия каждого элемента цифрами указывается его процентное содержание в сплаве.

Механическая доработка бронзовых отливок также не вызывает затруднений.

Широко используются в литейном деле сплавы алюминия. Чистый алюминий не обладает достаточными литейными свойствами. К тому же он недостаточно прочен.

«Издавна людям были известны самородное золото и железо, сера и платина. О том, что существует самородный алюминий, узнали совсем недавно, впервые он был обнаружен в трапповых горах Сибирской платформы в 1978 году прошлого века. У некоторых ученых эти находки вызывали недоверие, возможно, связанное с тем, что не удавалось удовлетворительно объяснить происхождение алюминиевых химически чистых самородков…». Е. Осадчий и др. К вопросу о происхождении самородного алюминия. «Доклады АН СССР», том 266, № 5, 1982.

В алюминий добавляют медь, магний, цинк, кремний, железо, марганец, никель, хром для того, чтобы получить более прочный сплав. Благодаря добавкам алюминиевые сплавы приобретают хорошие литейные свойства, сохраняя способность легко подвергаться механической обработке. Наиболее распространенным литейным сплавом на алюминиевой основе является силумин – сплав алюминия с кремнием (марки АЛ2, АЛ4, АК9, АЛ9, АК7). Железо, никель, хром повышают прочность сплавов.

Перечень изделий, изготавливаемых из алюминиевых сплавов, велик. Это и крупные литые скульптурные и архитектурные детали, и предметы интерьера. Даже посуду, классически изготовлявшуюся из чугуна, теперь с успехом заменил алюминий.

На начальном этапе предлагаем использовать один из самых доступных и легкоплавких металлов – цинк. Он обладает высокими литейными свойствами, низкой температурой плавления (419 °C), что позволяет заниматься литьем без особых нагревательных приспособлений. Но самое главное – не надо прилагать особых усилий к его поиску. Проще всего сделать запас цинковых стаканчиков от гальванических элементов (батареек). От остатков смолы полые цинковые стаканчики очищают кипячением в 10 %-ном растворе питьевой соды. А затем собранный цинковый материал сплавляют в слиток, наполнив им обычную консервную банку и установив ее над костром. Таким образом, на первое время материалом вы себя обеспечите.

Такое небольшое знакомство с литейными сплавами и их свойствами мы приводим в надежде, что, получив первый опыт, вы оцените возможности литейного ремесла и прелесть изготовляемых таким способом изделий. Хорошее знание материалов позволит вам в дальнейшем совершенствоваться, переходя к более сложным изделиям, качество выполнения и внешний вид которых будут во многом определяться правильным видом материала.

Одновременно можете заниматься заготовкой алюминиевого (различная посуда), бронзового (водопроводные краны, потерявшие свою художественную ценность статуэтки, детали скульптур, архитектурных украшений) лома. Желательно, чтобы это были остатки изделий, ранее изготовленных литьем. Определить это можно по наличию на них следов специфического литейного шва.

Приспособления и инструменты.

Форму для отливки шкатулки готовят в двух ящиках-опоках без дна и крышки, сделанных из хорошо просушенной древесины березы, сосны, бука. Применяются они для облегчения сборки, переноски и удаления формы. Опоки могут иметь прямоугольную, круглую формы или приближенно повторять очертания моделей, они называются фасонными опоками. Они труднее в изготовлении, но удобны тем, что, имея мало свободного от модели пространства, позволяют экономить формовочные смеси. Деревянные опоки – это рамы, собранные на шурупах и клее (см. рис. 2.28, позиция 1 А, В).

С двух противоположных сторон каждой рамы укрепляют горизонтальные планки, которые называются выступами, или приливами (позиция 1 Г). В приливах сверлят два отверстия и забивают в них металлические трубки (позиция 1 Д). Чтобы трубки не выпадали, их торцы слегка проковывают. Из толстой проволоки сгибают штыри и соединяют верхнюю и нижнюю опорки (позиция 1 Б, Е).

В работе вам потребуются совок, сито, трамбовка, иглы, подъемы, ланцеты, мешочки с припылом, гладилки, кисти (см. позиции 2 A-И). Совком засыпают в опоки формовочную смесь, через сито ее просеивают.

Сита применяются для разрыхления формовочных смесей при покрытии ими поверхности моделей. Сетку сита желательно выполнить из латунной проволоки с ячейками 1–1,5 мм для мелкого литья и для крупного – 3–5 мм. Диаметр сита обычно составляет 30–40 см. облицовочную формовочную смесь насеивают на поверхность модели посредством такого сита. Набойки и трамбовки применят для распределения и уплотнения формовочных смесей в опоках. Наиболее удобна трамбовка с двумя рабочими частями – цилиндрической и клиновидной (позиция 2 В).

Рис. 2.28. Приспособления и инструменты.

Вентиляционные иглы (позиция 2 Г) служат для прокалывания в песчаной форме каналов, из которых выходят газы, образующиеся при заливке металла. Эти каналы способствуют увеличению газопроницаемости формы. Используются прямые и изогнутые иглы. Иглы изготавливают из стальных прутков, заточенных на конус.

Мешочком с порошком припылом (позиция 2 Ж) припудривают поверхность модели перед формовкой, а также готовую форму перед сборкой и отливкой. Благодаря этому к ней не прилипает формовочная смесь. Кроме того, припудренную модель легко извлекать из готовой формы.

В качестве припыла применяют измельченный древесный уголь, цемент, тальк, графит, а для тонкого фасонного литья – ликоподий (споры болотного растения плавуна). Мешочек для порошка делают из марли или другой редкой ткани. Очищают внутренние поверхности модели от лишнего припыла кистью из мягких перьев птиц, а внешние – обметают кистями из конского волоса (см. позицию 2 И).

Подъемы (позиция 2 Д) представляют собой тонкие стержни, один конец которых согнут в виде кольца, а другой заострен – служит для извлечения модели из формы. На рабочей части крупного подъема нарезают резьбу.

Отделочные ланцеты и гладилки (см. рис. 2.28, позиции 2 З) используются для исправления повреждений на форме. Гладилки и ланцеты можно изготовить из инструментальной стали или латуни. Рабочие поверхности гладилок тщательно полируют и применяют их для заглаживания шероховатостей поверхностей формы. Ланцетами исправляют повреждения в труднодоступных местах форм. Ланцетами подрезают формовочную смесь, например, при изготовлении литниковой воронки. Линейки используют для срезания с опоки излишков формовочной смеси. Можно использовать деревянные и металлические линейки. Металлические линейки прослужат дольше.

Щетки используют для очистки поверхности моделей от загрязнений, полученных при формовке.

Деревянные молотки необходимы для уплотнения кусков формы на поверхности модели. Киянки используют для расталкивания модели перед ее извлечением из формы.

Деревянные бруски применимы при кусковой формовке, для уплотнения смеси в опоке. Трамбовки здесь применять нельзя, так как из-за малой рабочей поверхности они неравномерно воздействуют на смесь, что может привести к смещению кусков. Бруски же выбирают таких размеров, чтобы при трамбовке они упирались в края опоки. При этом они равномерно воздействуют на поверхность смеси на уровне краев опоки.

Подмодельные плиты – плоские, с гладкой поверхностью деревянные плиты, служащие для установки на них моделей при подготовке к формовке. Для плоских моделей применяют плиты с ровной поверхностью. Для моделей с выступами, поднятиями поверхности применяют плиты с прорезями. Выступающие части моделей укладывают в эти прорези.

Тигли – круглые металлические сосуды с толстыми стенками, слегка сужающимися книзу, используемые для плавления металла. Выполняются они из смеси глины, песка, шамота (мелкая, величиной с просеянное зерно крошка, получаемая дроблением и просеиванием огнеупорного кирпича). Содержание глины и шамота в смеси для тигля равное. Воду добавляют в количестве, необходимом для того, чтобы смесь приобрела консистенцию густой замазки. Тигли можно вылепить вручную или же сформовать в гипсовой форме. Вылепленные или сформованные тигли высушивают при комнатной температуре, а затем обжигают в печи при 900 °C.

Печь. Современная электрическая печь представляет собой металлический каркас, обложенный огнеупорным кирпичом или другими огнеупорными материалами, внутри которого по стенкам уложена металлическая проволока (нихром). Такую печь можно сделать самостоятельно, заказать или купить у изготовителей электрических печей. В дальнейшем она пригодится для обжига изделий из керамики, стекла, кварца, в эмальерном деле и т. д.

Современные высококачественные печи NABERTHERM (Германия) и других в настоящее время фирм, отвечают всеми техническими требованиями и хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации. Они обеспечивают достаточную для приготовления расплава температуру, не требуют применения тигельных крышек для защиты металлического расплава от газов, образующихся в процессе сгорания топлива. Однако далеко не у всех есть возможность обзавестись такой муфельной печью. Из положения можно выйти, если сделать своими руками простейшую муфельную печь. Об этом было рассказано в журнале («Юный техник» № 9, 1982 и № 4, 1983).

Изготовление модели. Основой для литейной формы служит модель, выполненная в натуральную величину из гипса, дерева, металла, пластмассы и других материалов. Деревянные модели изготовляют из сосны, бука, ольхи, березы. Древесина должна быть хорошо просушена.

Шкатулка, эскизы которой приведены на рисунке 2.29, состоит из двух частей – корпуса и крышки. Чтобы корпус и крышку можно было легко извлечь из формы, их боковые стенки делают с небольшим уклоном. Соединительные петли составляют со стенками единое целое. Шкатулку отливают по частям – для крышки и корпуса делают отдельные формы. Боковые стороны крышки соединяют «на ус» тонкими гвоздями и клеем. На верхнюю сторону крышки переводят через копировальную бумагу нарисованный по клеточкам контур рельефа, который затем вырезают ножом-косяком, полукруглыми и прямыми стамесками. Законченный рельеф шлифуют мелкозернистой шкуркой. Верхнюю и боковую стенки соединяют друг с другом штырями. Так как модель крышки – разъемная, обе ее части должны легко разъединяться без значительных усилий. Разъемную модель крышки окрашивают нитролаком, эмалью или масляной краской.

Рис. 2.29. Шкатулка и ее элементы. Рисунок Г. Я. Федотова.

В литейном деле принято в красный цвет окрашивать модели для чугунных отливок, в серый – для стальных, а в желтый – для цветных металлов. Потому оговоримся: несмотря на то, что на нашем рисунке 2.29 модель шкатулки окрашена в красный цвет, отливать ее можно из любых доступных перечисленных выше легкоплавких металлов. Одновременно с крышкой в той же последовательности изготавливают разъемную модель корпуса коробки.

Приготовление формовочной смеси.

Начинается процесс приготовления формовочной смеси с подбора материалов. Отправная точка в подборе материалов для формовочной смеси – форма будущего изделия и материал, из которого оно будет отливаться. Форма изделия – прямоугольная, а материал для отливки будет цинк, олово, бронза или алюминий. В зависимости от этого подбираем песок, отвечающий этим требованиям.

Формовочная смесь будет состоять из кварцевого песка, в который добавлено 8–12 % чуть влажной глины. Песок предварительно промывают, просушивают, а затем просеивают через сито.

Глину отмучивают, то есть заливают большим количеством воды и размешивают деревянной мутовкой до образования глинистой жижи. Когда раствор отстоится, песчинки и мелкие камешки опустятся на дно, а щепки, травинки и другие легкие предметы всплывут. Осветленную воду осторожно сливают и ковшом вычерпывают жидкую глину, которую потом помещают в широкую посуду, тонкий слой глины высохнет быстрее. Сушат глину в теплом сухом месте или на солнце. Потом ее измельчают в порошок, просеивают и высыпают в ящик, коробку или целлофановый пакет. В таком виде она пригодна для составления формовочных смесей.

Чтобы приготовить формовочную смесь, берут 9 частей песка, смешивают с 1 частью глиняного порошка, тщательно перемешивают и добавляют примерно 0,5 части воды. Раствор перемешивают до тех пор, пока он не станет однородным. В идеале для полного распределения влаги, смесь после перемешивания должна вылежаться 1,5–2 часа.

Правильно определить достаточность увлажнения трудно, потому что это во многом зависит от составов песка и глины. Но выполнение несложного теста может гарантировать вполне приемлемый результат.

Тест. Оптимальную влажность формовочной смеси можно определить так. Берут щепотку смеси, скатывают шарик, а потом подбрасывают вверх. Материал считается пригодным к работе, если шарик не рассыплется или не расплющится при падении. Рассыпавшийся шарик указывает на то, что формовочная смесь недостаточна увлажнена, а расплющенный – на избыток влаги. В первом случае в смесь добавляют чуть-чуть воды, а во втором – сухую песчано-глинистую смесь. Оптимальная влажность смеси должна составлять 3–5 %.

Основным связующим элементом формовочных смесей является уже упоминавшаяся глина. Она связывает частицы песка в единую массу и придает ей пластичность. Однако, будучи вязким материалом, глина увеличивает риск пригара формовочной смеси к поверхности отливки и может препятствовать выходу паров и газов, образующихся в процессе литья. Уравновешивать отрицательные свойства глины можно использованием так называемых крепителей. Самыми доступными крепителями являются масла, олифы, канифоль, патока. Добавление небольшого количества крепителей в песчано-глинистую смесь способно значительно улучшить ее качества. Самыми лучшими крепителями считаются натуральные льняное и конопляное масла или приготовленные на их основе олифы. Но их применение весьма ограничено (только для художественных работ наивысшего качества) из-за высокой стоимости.

Разделительный песок. Разделительным песком засыпают поверхности форм в стыках. Этот песок должен быть лишен глинистой составляющей так, чтобы не происходило склеивание двух и более разъемных частей формы. В качестве разделителя можно использовать песок, счищаемый с поверхности отливок, так как в местах соприкосновения формовочной смеси с раскаленным металлом ее глинистая составляющая практически полностью выгорает.

В некоторых случаях поверхности моделей во избежание прилипания к ним формовочной смеси смазывают керосином.

Формовка. На ровную и гладкую деревянную подмодельную плиту кладут одну из двух частей разъемной модели. В данном случае это будет верхняя сторона крышки. Ее укладывают рельефом вверх. Рядом располагают прямоугольный деревянный брусок – так называемый питатель (см. рис. 2.30, позиция 1). Следом за ним устанавливают опоку приливом вниз и припыливают поверхности детали и питателя, например, порошком древесного угля (позиция 2). Затем наносят слой облицовочной формовочной смеси, то есть более тщательно просеянной, мелкой и однородной. От нее зависит чистота поверхностей отливки (позиция 3). Постепенно слой за слоем всыпают в опоку наполнительную смесь, постепенно утрамбовывая ее, вначале клиновидным концом трамбовки, а затем плоским (позиция 4).

Утрамбовывать надо с таким расчетом, чтобы она была не рыхлой, но и не слишком плотной. В первом случае в формовочной смеси могут образоваться пустоты, которые потом заполняются металлом и исказят форму отливки; во втором – чрезмерное уплотнение помешает выходу газов при заливке металла.

Заполнив опоку доверху, деревянной или металлической линейкой снимают лишнюю формовочную смесь (позиция 5). В полуформе опоки, на равном расстоянии друг от друга, иглами делают вентиляционные каналы. Форму прокалывают с таким расчетом, чтобы вентиляционные каналы не касались модели (позиция 6). В противном случае металл попадет в каналы, нарушая чистоту поверхности отливки.

Далее опоку переворачивают так, чтобы приливы с ушками оказывались сверху (позиция 7).

Плоские участки формовочной смеси (поверхности разъема) посыпают сухим песком. Он разделяет две полуформы, не давая формовочной массе слипаться. Песок, попавший на модель, сметают кисточкой из перьев. Сверху устанавливают вторую часть модели, так, чтобы штыри, находящиеся на ней, свободно вошли в глухие отверстия, заранее просверленные в первой детали (позиция 8). На конце питателя устанавливают шлакоуловитель со стояком, а в самой высокой точке модели – так называемый выпор. Стояк – это деревянный усеченный конус, опирающийся на шлакоуловитель – призму с трапецеидальным сечением. Установив сверху вторую опоку и соединив ее с нижней штырями, покрывают модель и литниковую систему тонким слоем припыла и заполняют верхнюю опоку формовочной смесью (позиция 9). Лишнюю формовочную смесь удаляют линейкой (позиция 10). В верхней части формы накалывают вентиляционные отверстия и вырезают литниковую воронку (позиция И). вынув из гнезд соединительные штыри, убирают из формы и стояк. Осторожно снимают верхнюю полуформу опоки и кладут рядом с нижней. С помощью подъемов извлекают из полуформ модель и литниковую систему (позиция 12).

Рис. 2.30. Технология изготовления изделия. Рисунок Г. Я. Федотова.

Раскрытую форму тщательно осматривают, исправляя поврежденные места гладилками и ланцетами. Убедившись, что дефектов нет, внутренние поверхности формы припудривают толченым древесным углем. Затем полуформы накладывают одну на другую, соединяют штырями и устанавливают на постель, состоящую из слоя формовочной смеси (позиция 13). Сверху кладут деревянные бруски или планки и груз. Груз кладут так, чтобы он не прикрывал литниковую чашу и отверстие выпора.

Получение отливки. Все подготовительные операции завершены. Можно приступать к заливке металла.

Цинк, олово, свинец легко плавятся в обычной консервной банке на любом огне.

Свинец плавят на открытом воздухе или в помещении, оборудованном вытяжным шкафом. Алюминий плавят в глиняных тиглях, помещая их в муфельную печь. В ней можно плавить и бронзу, содержащую 25 % олова. Предварительно внутренние стенки и дно тигля присыпают бурой. Если сплавление ведут в печи с открытой топкой или на открытом огне, то наполненный тигель обязательно накрывают крышкой, чтобы защитить расплав от проникновения газов. При использовании муфельной электрической печи в крышке нет необходимости. Нагревают металл, как уже отмечалось, до температуры, в среднем на 100–150 °C выше точки его плавления. Причем, расплавы для тонкостенных и ажурных отливок и отливок с мелкими деталями нагревают сильнее, нежели заливки для простых и толстостенных изделий. При более высокой температуре сплав обладает большей жидкотекучестью и будет лучше заполнять трудные места.

Расплав вливают в форму через воронку литника (позиция 13). Заполнив доверху воронку и выпор, металлу дают затвердеть и остыть в течение 20–30 минут. Затем опоки разъединяют и выбивают отливку. Формовочную массу убирают в отдельный ящик для повторного использования при формовке корпуса шкатулки (позиция 14).

У выбитой из формы отливки отпиливают или обрубают зубилом литниковые образования и напильником стачивают наплывы. Металлической щеткой снимают с отливки пригоревшую формовочную смесь.

Когда следы литейного процесса с поверхности отливки удалены, наступает время чистовой обработки. По сравнению с моделью отливка всегда получается менее четкой, поэтому ее обрабатывают с помощью напильников с крупной а затем с мелкой насечкой и делают чеканку всех недостаточно прорисованных рельефных элементов. Если поверхность отливки имеет сложную рельефную или ажурную структуру, перед чистовой обработкой рекомендуется провести отжиг отливки. В результате отжига ее поверхность будет более податлива. Отжигают отлитое изделие, уложив его в ящик из жаростойкой стали, заполненный смесью песка и угля. Закрытый крышкой ящик для герметичности замазывают огнеупорной глиной и помещают в печь, прогретую до 900 °C. Желательно выдержать отливку в этом температурном режиме в течение 2–3 часа, в зависимости от толщины стенок, а затем поэтапно, сначала снизив температуру до 400 °C, а затем и до 150–100 °C, ее охлаждают. При 100–150 °C, ящик извлекают из печи. Еще раз хотим отметить, что отжиг требуется для проведения очень тонкой чеканки по сложному узору. Для простых изделий, с которых вы начнете свои опыты в литье, отжиг излишен.

Чеканку отливок можно производить обычными чеканными инструментами в технике, будет известной вам из главы «Чеканка». Мелким отливкам придают четкость с помощью зубильцев и штихелей (см. рис. 2.30, позиция 15). В той же последовательности отливают, а затем отделывают нижнюю часть шкатулки – корпус.

В заключение поверхность шкатулки покрывают декоративным защитным слоем.

 

2.13. Обработка готовых изделий

Наибольшее распространение получили медные сплавы (бронза, латунь) в производстве монументальных отливок, а серый чугун – при отливке малых форм (например, каслинское литье).

Художественные изделия иногда отливают частями, для упрощения и удобства изготовления литейных форм. После выбивки из форм отливки имеют всевозможные следы на поверхности от выпоров, полосы от соединений отдельных частей формы и т. д. поэтому требуется механическая обработка. При ее производстве восстанавливается четкость рисунка модели. Этот процесс (механической обработки) состоит из нескольких операций: отжиг отливок, обработка поверхности отдельных частей, чеканка поверхности, сборка деталей, шпаклевка и окраска.

Термическая обработка.

Восстановить четкость рисунка (например, жилки на листьях цветка) можно, если только поверхность отливки будет мягкой для производства этой операции. А изделия из чугуна после выбивки из формы вследствие быстрого охлаждения имеют твердую поверхность – так называемую отбеленную, которая трудно поддается обработке. Чтобы этого избежать, отливки подвергают отжигу в термических печах в ящиках из жаростойкой стали.

Обработка поверхности отливок.

После отжига отливки должны пройти механическую обработку. При обработке художественного изделия основным технологическим требованием является выполнение операции рубки, опиливания и зачистки поверхности без углубления в ее тело, иначе нарушится ее целостность, а это – уже брак.

После обрубки поверхности отливок очищают от пригоревшей к их поверхности формовочной смеси, (см. «Технология изготовления шкатулки»). Делают это вручную, в барабанах, дробеструйных аппаратах, в установках химической и электрохимической очистки, с помощью механических щеток. Изделия, имеющие сложную поверхность и тонкие стенки, очищают вручную на специальных столах с металлическими решетками и пылеотсасывающими трубками. Ажурные тарелки, кронштейны и др. очищают круглыми механическими проволочными щетками.

Очистка в барабанах. Очищают толстостенные отливки, не имеющие на поверхности тонких украшений. Их закладывают в барабан вместе с чугунными звездочками, которые при вращении сдирают формовочную смесь, пригоревшую к поверхности отливки. Можно очищать и тонкостенные, только при этом нужно перекладывать их деревянными прокладками, чтобы они не могли свободно перекатываться.

Дробеструйная очистка отливок производится сжатым воздухом с добавлением чугунной дроби. Через слой дроби проходит воздух, увлекает ее за собой и, выбрасывая на поверхность отливки, очищает ее.

Отливки, полученные литьем, можно очистить выщелачиванием, или химической очисткой, в сетчатом барабане, который помещают в ванну с горячим раствором каустика.

Электрохимическая очистка отливок производится в специальных установках. Принцип работы их основан на химических реакциях, которые производят в расплаве гидроокиси калия, при пропускании через них электрического толка напряжением 5–10 В. Электрохимическая очистка дает высокое качество поверхности отливок.

Чеканка отливок.

Поверхность модели имеет рисунок, но каким бы четким он ни был, невозможно получить хорошей копии в отливке. Для этого и производится операция чеканки и гравировки различными инструментами: зубильцами, штихелями и чеканами (см. рис. 2.30, позиция 15). В процессе художественной обработки отливки эта операция – самая ответственная, трудоемкая и сложная.

Сборка отливок.

Сборка художественной отливки – это соединение в одно целое ее частей. Они монтируются при помощи знак на одной части и соответствующего гнезда для него – на другой.

Окраска отливок.

Покрытие поверхности чугунной отливки слоем краски или нержавеющего металла – это заключительная операция в технологическом процессе механической обработки художественного изделия. Перед окраской поверхность подвергают обработке, т. е. затирают меловой шпаклевкой.

Хорошо очищенную от пыли, масляных пятен, окислов, прошпаклеванную и просушенную отливку покрывают олифой. Потом отливку прожаривают и покрывают слоем краски. Иногда на изделия наносят слой цветного металла (медь, никель, серебро и т. д.) – это делается в ванне с раствором методом гальванизации.

 

2.14. Отделочные работы

Оловянные отливки дорабатывают штихелями и, если нужно, чеканкой, гравированием и тонированием. Чеканка и гравирование выполняются обычными приемами, поэтому мы не будем на них останавливаться (см. разделы дальше). Более подробно расскажем о тонировании олова.

Тонирование – изменение цвета осуществляется химическим способом. На поверхности металла образуется стойкая декоративная пленка, подчеркивающая форму изделия, его рельефность, смягчающая блеск чистого металла.

Вот состав, окрашивающий олово в цвет старого черненого серебра: на 100 мл воды берут 5 г медного купороса и 0,5 марганцовокислого калия. Изделие помещают в раствор, плотность чернения зависит от времени выдержки.

А вот способ меднения (контактного): изделие натирают кашицей из 10 частей кристаллов медного купороса, 1 части хлористого аммония, 1 части поваренной соли, 2 частей мелкого песка и воды. Чаще всего способом контактного меднения тонируют памятные медали.

Отделку изделий из цинка см. главу «Чеканка».

При желании оловянному рельефу можно придать золотистый оттенок. В этих случаях поверхность оловянного рельефа покрывают одним-двумя слоями масляного лака. Второй слой наносят после высыхания первого.

Ажурное литье, как вы уже узнали, хорошо сочетается с керамикой. Чтобы сделать настенное панно с керамической основой, нужно вылепить из глины плиту с «ковчегом» – углублением, соответствующем высоте рельефа. В местах крепления проткните плиту насквозь использованными спичками. Затем, не вынимая спичек, обожгите плиту в муфельной печи. При обжиге спички сгорят, а на их месте образуются сквозные отверстия. Крепить ажурное литье на керамической плите нужно медной проволокой так же, как и на металлическом листе (см. выше). Под отдельные части рельефа можно подложить цветную фольгу или подкрасить фон масляными красками (более подробно о изготовлении керамических изделий можно найти в специальной литературе «Керамика», – это на тот случай, если не сможете самостоятельно изготовить керамическую основу).

 

2.15. Техника безопасности и промышленная санитария при литейных работах

Она подразделяется на правила ТБ до начала работы и во время работы.

Начинается все с самого простого. До начала литейных работ необходимо надеть и привести в порядок рабочую одежду, осмотреть рабочее место, убрать все мешающие и ненужные предметы, подготовить и проверить рабочий инструмент, заменить неисправный. Также следует иметь соответствующую обувь и рукавицы, то есть было бы верхом неосмотрительности работать, например, в «лакированных штиблетах и смокинге с бальными перчатками».

Во время работы необходима внимательность, сосредоточенность, осторожность. При формовке по-сырому нельзя допускать чрезмерного уплотнения формовочной смеси в опоке и ее обильного смачивания вокруг модели при удалении, установке в форме недосушенных стержней. Следить, чтобы в заформованной опоке было достаточно каналов для выхода паров и газов, образующихся при заливке металла. Плохая газопроницаемость формы может вызвать выбрасывание металла из литника при заливке. Брызги металла могут быть причиной ожогов.

Работающие на заливке форм должны иметь одежду, предохраняющую от ожогов, брезентовые брюки, защитные очки. Брюки следует носить на выпуск, чтобы скатывающиеся брызги металла не могли попасть в обувь.

Нельзя набирать металл во влажный, не просушенный ковш, удалять влажной счищалкой шлак с поверхности металла в ковше, выливать на пол и во влажную изложницу остатки металла. В этих случаях быстро образующиеся пары разбрызгивают металл и работающие вблизи могут получить ожоги. Выбитую из формы отливку нельзя брать в руки не убедившись, что она остыла. А самое главное – это соблюдение пожарной безопасности при производстве работ.

Все электроинструменты должны быть исправными и заземленными, переносные лампы должны иметь соответствующее напряжение (не выше 12 В).

По окончании работ необходимо привести в порядок свое рабочее место, убрать рабочий инструмент, оснастку, приспособления на отведенное для них место; запрещается обдувать одежду и тело сжатым воздухом из шланга.

Формовщики-литейшики должны помнить, что осторожность, предусмотрительность, точное выполнение специальной инструкции по технике безопасности на рабочем месте, указания мастера или преподавателя технологии, личная и технологическая дисциплина являются условиями безопасности в работе.

Но не все заканчивается благополучно. Бывают и несчастные случаи и тогда все зависит от умения оказать пострадавшему первую медицинскую помощь до приезда врачей. Мы предлагаем ознакомиться с некоторыми приемами оказания помощи при различных травмах.

Отравление угарным газом . Нужно быстро вынести человека на свежий воздух, дать понюхать нашатырный спирт (т. е. привести в чувство), после этого отправить в больницу.

При тепловом ударе пострадавшего кладут в тень, расстегивают на нем одежду, чтобы она не затрудняла дыхания, и стараются по возможности охладить тело.

Ожоги. При этом освобождают место ожога от одежды, закрывают пораженную часть чистой салфеткой для предотвращения попадания инфекции. Ни в коем случае нельзя смачивать или смазывать место ожога чем-нибудь, как это у нас иногда делается. После этого нужно обратиться за медицинской помощью.

При засорении или ранении глаз пострадавшего сразу отправляют к врачу.

Поражение электрическим током . Самое первое и важное – это освободить человека от действия электрического тока. Если пострадавший без сознания, следует положить его на спину, расстегнуть одежду, создать приток свежего воздуха и начать проведение реанимационных мероприятий. Не прекращать их до приезда врачей.

Эти правила техники безопасности самые общие и не исчерпывают возможных причин несчастных случаев в условиях работы конкретного производства.