Основы дизайна. Художественная обработка металла. Учебное пособие - Михаил Ермаков

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.