Художественная обработка металла

Художественная обработка металла

Основные технологические операции по обработке металла
Литье
Золото, серебро, бронза обладают высокой плавкостью и легко разливаются в формы. Отливки хорошо повторяют модель. Перед литьем мастер изготовляет модель из воска. Те части предмета, которые должны быть особенно прочными, например, ручки сосудов, рукоятки или защелки, а также орнаменты и фигуры, отливаются в формах из песка. Для сложных предметов требуется изготовление нескольких моделей, поскольку разные части отливаются раздельно, а затем соединяются посредством спайки или привинчивания. Для повторяющейся орнаментики достаточно было одной формы, которая несколько раз последовательно продавливалась в песке, наилучшие отливки получались по медным моделям, ибо после канфаривания они выглядели как произведения, вышедшие из рук чеканщика. Изобретением XIX века стали гальванопластические отливки.
Литье — один из самых древних способов обработки металлов. Археологические раскопки в Египте и Вавилоне подтверждают, что уже за 5 тысяч лет до нашей эры люди умели отливать металл.
В области производства художественных изделий сейчас применяют следующие виды литья, которые различаются по следующим признакам.
По металлу отливок: литье чугуна, литье медных сплавов, литье благородных сплавов.
По материалу и конструкции форм: литье во временные формы — земляные и оболочковые, литье в постоянные металлические формы.
По характеру моделей: с потерей модели — восковое литье, точное литье, по постоянной модели — земляное литье.
По способу заливки форм металлом: обычное литье, центробежное литье, литье под давлением.

Различные виды формовки

Формовка простой модели.Для этого процесса характерна та­кая последовательность операций:

• Модели кладут на подмодельную доску лицевой стороной вверх и припыливают ликоподием (чтобы смесь лучше отделялась от модели). Затем кладут нижнюю опоку разъемом вниз так, чтобы модель оказалась в центре просвета опоки (смещение модели к одной стороне нежелательно, так как металл может при заливке продавить тонкую стенку).

• На модель насевают тонкий слой облицовочной земли 25—30 мм. Затем насыпают наполнительную смесь слоем 50—80 мм. Смесь уплотняют острым концом трамбовки (по модели ударять нельзя). Набивка должна быть равномерной, определенной плот­ности. Очень плотно набивать нельзя, так как уменьшается газо­проницаемость и податливость. Верхний слой земли снимают счи­щалкой

Душником накалывают каналы для увеличения газопроницаемо­сти, но наколы не должны доходить до модели, так как тогда в эти каналы будет затекать металл и портить вид отливки.

• Опоку покрывают второй подмодельной доской и вместе с ней быстро переворачивают и снимают подмодельную доску.

• Поверхность разъема у краев модели приглаживают гладил­кой для увеличения прочности; большие формы засыпают тонким слоем разделительного песка, с модели песок сдувают, а для мел­ких форм применяют ликоподий.

• Накрывают верхнюю опоку, надевают ее на штыри, при этом не должно быть качки.

• Модель засевают слоем облицовочной земли, а затем насы­пают слоями и уплотняют наполнительную смесь. Излишек смеси срезают линейкой и накалывают душники.

• Осторожно, без рывков и перекосов снимают верхнюю опоку, перевертывают ее и ставят на подмодельную доску.

• Аккуратно вынимают модель и заправляют форму, прорезают ланцетом литниковую систему. Приглаживать плоскость разъема опок нельзя, так как получатся зазоры, куда может утечь металл при заливке.

• Вновь собирают опоки, скрепляют их и ставят в сушило для просушки.

• После просушки опоки раскрывают, удаляют осыпавшиеся части и исправляют.

Для того чтобы металл не пригорал к форме, перед заливкой ее внутреннюю поверхность или покрывают сажей (коптят) или окрашивают специальными формовочными красками (чернилами), состоящими из угольной пыли или графита, размешанного в воде; опоки закрывают.

12. Металл плавят и заливают.

Формовка по разъемной модели.Для удобства формовки мо­дели часто делают разъемными на две половинки. При этом выпол­няют операции:

• На подмодельную доску кладут половинку модели без шипов, покрывают нижней опокой и набивают обычным способом,

• Нижнюю опоку переворачивают, кладут вторую половинку модели с шипами, следя за тем, чтобы она плотно соединилась с первой половинкой.

• Устанавливают верхнюю опоку и заформовывают.

Формовка с фальшивой опокой.Если модель имеет фигурную поверхность и не может быть уложена всеми частями на подмодель­ную доску, применяют или способ с подрезкой (он дорог и сложен при серийном изготовлении форм), или формовку с фальшивой опокой, не участвующей в процессе заливки формы и являющейся временным приспособлением для формовки, представляя собой как бы фигурную подмодельную доску.

Фальшивые опоки изготовляют или из той же земли, но с более плотной набивкой, или из более прочных веществ — глины, гипса, цемента (при серийной формовке). Глиняная фальшивая опока вы­держивает 10—15 формовок, гипс или цемент — до 100.

Кусковая формовка. Наиболее сложные модели художествен­ных отливок не имеют необходимых уклонов на боковых стенках. Часто на боковых стенках имеются рисунки, впадины и выступы; такие модели нельзя отформовать вышеописанными способами; декоративные скульптурные фигуры и т. п. (рис. 94 и 95) формуют кусковым способом. При кусковой формовке всю модель обстав­ляют отдельными кусками, сделанными из формовочной смеси.

Если модель очень сложная по своей форме, то ее делят на части и каждую часть отливают отдельно, а после отливки и меха­нической обработки их соединяют в одно целое.

Процесс формовки состоит из следующих операций:

• Изготовляют фальшивую опоку путем вдавливания модели в рыхло насыпанную формовочную смесь.

• Модель укладывают на фальшивую опоку так, чтобы наиболее неровная поверхность модели с выступами и углублениями была наверху. Например, при формовке модели головы ее укладывают лицом вверх. Всю поверхность фальшивой опоки и уложенной на нее модели припыливают ликоподием.

• Модель заформовывают, набивая отдельные куски. При этом стремятся число кусков делать возможно меньшим, так, чтобы каж­дый кусок охватывал возможно большую часть поверхности модели, но в то же время необходимо учитывать и располагать их так, что­бы куски хорошо отнимались от модели.

• Устанавливают нижнюю опоку (разъемом вниз), поверхность кусков припыливают и набивают опоку доверху.

• Набитую нижнюю опоку переворачивают вместе с фальшивой опокой, которую снимают. Поверхность разъема и тыльную часть модели припыливают.

• Устанавливают верхнюю опоку и набивают ее, как и нижнюю. Сначала устанавливают необходимое число кусков, а затем запол­няют ее доверху.

• Снимают набитую верхнюю опоку так, чтобы куски остались на модели и, перевернув опоку, ставят ее рядом на верстаке.

• Специальной вилкой или иглой куски отнимают от модели в порядке, обратном их набивке, и укладывают на соответствующие места в опоке.

• Поверхность разъема ниж­ней опоки и выступающую часть модели вновь припыливают, уста­навливают на нее деревянную рамку, равную размерам опоки, и заполняют ее формовочной смесью. Прикрыв рамку со сме­сью подмодельной доской, ее пе­ревертывают вместе с нижней опокой.

10. Снимают нижнюю опоку так, чтобы модель с прилегающи­ми к ней кусками осталась на сме­си в рамке, а опоку переворачи­вают и ставят рядом на верстак. Затем отнимают куски так же, как это было описано выше, и укладывают их каждый на свое место в нижней опоке.

Все эти операции выполняют с большой осторожностью, так как куски, изготовленные из формо­вочной смеси, очень хрупки и легко повреждаются от толчков и ударов.

Для образования полости в от­ливке изготовляют стержень. При отливке уникальных изделий кус­ковой формовкой стержень изго­товляют непосредственно в фор­ме. Для этого нижнюю опоку с готовой кусковой формой припыливают ликоподием и наполняют формовочной землей, уплотняя ее руками. Это делают очень осто­рожно, чтобы не повредить кусков, образующих форму. Затем изготовляют каркас стержня из железной перфорированной труб­ки и, обмазав его белой глиной, укладывают на нижнюю опоку так, чтобы концы каркаса (знаки) опирались на стенки формы. После этого опять насыпают формовочную смесь горкой выше краев и придают ей примерное очертание полости готовой формы, разме­щенной в верхней опоке. Верхнюю опоку припыливают ликоподием и несколько раз покрывают и уплотняют ею насыпанную горкой формовочную смесь.

В результате в форме образуется земляной стержень. С полу­ченного стержня ланцетом срезают слой земли, равный желаемой толщине будущей отливки. Для того чтобы слой был более равно­мерным, поверхность стержня предварительно накалывают на глу­бину среза специальной наколкой, после чего легко срезают слой земли на глубину накола. Готовый просушенный стержень укрепляют в полости формы. При этом следят, чтобы он не сместился, так как перекос или смещение стержня неизбежно приводит к бра­ку. Сложные стержни при тонкостенном литье иногда укрепляют в полости формы специальными жеребейками,которые обеспечива­ют прочную фиксацию стержня в полости формы и препятствуют его смещению в процессе заливки.

При формовке архитектурного литья, представляющего собой крупные уникальные художественные изделия (части фонтанов, постаменты памятников и т. п.), применяют шаблонную фор­мовку, которая производится без моделей, при помощи специ­альных шаблонов.

Различают два вида шаблонной формовки:

1. Формовка крупных тел вращения (чашеобразные, цилиндриче­ские и конические формы).

2. Формовка прямоугольных форм (призматические).

Формовка крупных тел вращения производится в

следующем порядке: в полу литейной мастерской роют яму; на ее дно укладывают массивный подпятник, в котором закрепляют вер­тикальный шпиндель. Яму засыпают формовочной смесью; на шпин­дель посредством специальной муфты укрепляют рукав, а к нему шаблон, соответствующий наружному очертанию отливки. Вокруг шпинделя накладывают и уплотняют формовочную смесь. Повора­чивая шаблон вокруг шпинделя, из уплотненной земли вытачивают модель, соответствующую наружным очертаниям будущего изде­лия. Затем снимают рукав с шаблоном и устанавливают кра­новую опоку, отмечая ее положение (забивая по ее углам ко­лышки).

Земляную модель (болван) покрывают листами бумаги, а опоку набивают формовочной смесью и утрамбовывают. Готовую опоку при помощи мостового крана снимают с модели и отводят в сторо­ну, затем на шпинделе вновь укрепляют рукав, но уже с другим шаблоном, соответствующим внутренней поверхности отливки. Вра­щая шаблон, с земляного болвана срезают слой земли, и он приоб­ретает очертания, соответствующие внутренней поверхности отлив­ки. После этого осторожно, при помощи тали, удаляют шпиндель и отверстие от него заделывают формовочной смесью. Затем вновь опускают опоку и устанавливают ее по колышкам. Нарастив литни­ковую чашу и загрузив опоку тяжелым грузом, чтобы ее не подняло при заливке, мостовым краном подводят ковш с расплавленным металлом и производят заливку.

При формовке овальных изделий на шпинделе укрепляют спе­циальную шайбу, на которой имеется направляющая канавка. Ру­кав, к которому крепится шаблон, делается раздвижным и, кроме того, он имеет специальную стойку с роликом на конце, который входит в направляющую канавку шайбы. При вращении вокруг шпинделя шаблон описывает в плане овал, то, удаляясь, то, при­ближаясь к центру, подчиняясь движению ролика по направляю­щей канавке. Все остальные операции приготовления формы анало­гичны описанным выше.

При формовке прямоугольных и призматиче­ских изделий применяются протяжные шаблоны, которые пере­двигаются по специальным направляющим рамам. Формовка круп­ных изделий по шаблонам значительно экономичнее формовки по моделям.

Простые плоские односторонние изделия больших размеров (на­пример, чугунные плиты), не требующие точности размеров и чис­тоты поверхности, можно отливать в формы, приготовленные не­посредственно в полу литейной мастерской. Такое литье носит на­звание почвенной формовки,В полу мастерской роют яму; на ее дно насыпают слой шлака, и слой наполнительной утрамбованной формовочной смеси. Сверху насыпают слой облицовочной смеси и в него ударами молотка осаживают модель плиты. Горизонталь­ность модели проверяют по уровню. Затем вокруг плиты в почве прорезают канавку, которую соединяют питателями с полостью формы. Модель осторожно, с помощью подъемов, извлекают из формы. Осыпавшиеся края формы заправляют и заглаживают, после чего форма готова для ее заливки чугуном или алюминиевым сплавом. Если изделие двустороннее, тогда рельеф одной стороны модели заформовывают в почве, а для отпечатка рельефа другой стороны применяют крановую опоку (как при шаблонной формов­ке); такой прием называют закрытой почвенной формовкой.

В современных условиях для облегчения процессов формовки, на производстве трудоемкие ручные операции выполняют с приме­нением различных приспособлений и машин.

Литье по выплавляемым моделям

Этот способ литья, так же как и литье в земляные формы, яв­ляется древнейшим. Он был известен в Древнем Египте, в античной Греции и Риме и широко применялся скульпторами эпохи Возрож­дения. Этим же способом отливали свои статуи Э.-М. Фальконе, В. П. Екимов и П. К. Клодт. Однако в современных условиях он при­менялся в значительно измененном виде.

Сущность литья по выплавляемым моделям заключается в том, что модель после ее заформовки удаляют из формы путем нагре­ва. Состав, из которого изготовляют модель, плавят, и он вытекает из формы. Таким образом, форму после формовки нет необходи­мости разбирать. Это позволяет формовать любые по сложности изделия целиком — без применения кусков, стыки между которыми неизбежно оставляют на поверхности отливки следы в виде швов или тонкого облоя, а в случае перекоса кусков вызывают неиспра­вимый брак всей отливки.

В настоящее время при отливке художественных изделий способ литья по выплавляемым моделям применяют в трех вариантах: для отливки крупных фигур, для обычного литья средних размеров и для ювелирного литья из драгоценных металлов.

При отливке крупных уникальных фигур этим способом выпол­няют следующее: с гипсового оригинала снимают кусковую гипсо­вую форму и по нескольку кусков объединяют в общую раковину (кожух); затем из прочных стальных профилей или труб изготов­ляют опорный каркас для стержня. Готовый каркас устанавливают на кирпичном фундаменте в специальной литейной яме и вокруг него вновь собирают кусковую форму, при этом на внутреннюю по­верхность каждого куска наносят кистью слой теплого воска, рав­ный желаемой толщине будущей отливки.

После этого всю полость формы заполняют специальной стерж­невой массой, состоящей из толченого кирпича, или шамота, раз­мешанного на гипсовом растворе. После твердения этой массы гипсовую форму осторожно по кускам разбирают, а восковой слой остается на стержне, образуя восковую модель со стержнем внут­ри, который в свою очередь удерживается стальным каркасом.

Восковую модель автор просматривает и исправляет. При этом заглаживают швы or кусков, восстанавливают утратившуюся факту­ру и т. п. Затем на модель устанавливают литниковую систему, изготовленную из восковых прутков различного сечения, а также систему выпаров, которая служит для отвода газов. Обе системы должны быть взаимосогласованы и их расчет представляет извест­ного рода трудности. На рис. 96 изображена система литников и выпаров, установленная на модели памятника Людовику XV .

После этого приступают к формовке, которая заключается в том, что всю модель и литниковую систему покрывают при помо­щи кисти слоем специальной формовочной смеси в виде суспензии, состоящей из 70 частей пылевидного кварца и 30 частей этилсиликата. (Существуют и другие рецепты, в состав которых входит моршалит, каолин, графит, жидкое стекло и др.) Смесь наносят слоями и каждый слой просушивают, пока общая толщина покрытия не до­стигнет 12—15 мм. Затем в несколько приемов (также с просушкой) наносят толстый слой глины с песком от 200 до 300 мм в зави­симости от величины фигуры. Форму снаружи оковывают стальны­ми полосами, образующими сетку, и вновь обмазывают глиной. Вокруг готовой формы разводят огонь, который поддерживается до тех пор, пока форма хорошо просохнет и прокалится, а модель­ный состав полностью выплавится и выгорит. После этого форму можно заливать чугуном или бронзой.

Процесс отливки этим способом средних по величине изделий разработан более совершенно и носит название точного литья.Он широко применяется в технике и дает хорошие результаты при от­ливке художественных изделий. При этом процессе по авторскому оригиналу или чертежу готовят пресс-форму для отливки легкоплав­ких моделей. Для малых тиражей материалом для пресс-формы служит гипс, для больших тиражей — металл (алюминиевые сплавы, сталь). В качестве материала для моделей применяют различные легкоплавкие смеси парафина и стеарина с добавками этилцеллюлозы или полиэтилена. Хорошие результаты дают модели из буроугольного воска. Получаемые модели обычно собирают в блоки путем пайки их подогретым лезвием ножа или специальным элект­ропаяльником. Одновременно с изготовлением моделей в пресс-формах также готовят модели литниковой системы, на которую и собирают блок.

Формовку готового блока начинают с образования на нем обли­цовочной огнеупорной оболочки. Это производят следующим обра­зом: блок погружают в суспензию из тонко размолотого кварца и этилсиликата и обсыпают сухим мелким кварцевым песком. Опера­цию повторяют несколько раз, пока толщина оболочки не достигнет 2—5 мм. После этого выплавляют модельный состав или погруже­нием блока в горячую воду, или, помещая его в специальный тер­мостат (сушильный шкаф), подогретый до 180—200° С. Освобож­денную от модельного состава оболочку аккуратно устанавливают в цилиндрическую стальную опоку и засыпают кварцевым песком или шамотным порошком. Торцы опоки замазывают глиной или приме­няют жидкое стекло.

Формовка в опоку необходима для того, чтобы под действием напора жидкого металла тонкостенная хрупкая оболочка не могла разрушиться. Заформованная оболочка поступает в сушку и про­каливание, которое производят в специальных печах при темпера­туре 850—900° несколько часов. Во время прокаливания из оболоч­ки выгорают остатки модельного состава.

Заливают форму в горячем состоянии — это способствует луч­шему ее заполнению металлом. Охлаждение формы происходит на воздухе, после чего содержимое опоки высыпают при обстукива­нии ее по краям. Очищают отливки или механически, или кипяче­нием их в слабом растворе щелочей.

Применение воскового литья в ювелирном деле известно с глу­бокой древности, например, римские браслеты в форме змей (рис. 97). Литье золотых ювелирных изделий по выплавляемым мо­делям, введенное в практику ювелирного производства, представ­ляет собой современный вариант этой древней технологии. Он за­ключается в следующем: по рисунку художника разрабатывают чертеж отливки. В нем учитывают литейную усадку, равномерную толщину стенок, литейные радиусы и т. п. Затем по этому чертежу изготовляют металлическую модель — эталон изделия. Модель снабжают специальным литником, который рассчитывают и изготов­ляют вместе с моделью.

В случае выпуска небольших серий изделия с эталона снимают резиновую форму, а при крупных сериях или массовом производ­стве изготовляют специальную разборную металлическую пресс-форму. Затем, пользуясь либо резиновой формой, либо металли­ческой пресс-формой, из специального модельного состава заго­тавливают выплавляемые модели. В качестве модельного состава для литья ювелирных изделий употребляют парафин (95%) с добав­кой полиэтилена (5%). Увеличение содержания полиэтилена неже­лательно, так как это влечет за собой повышение литейной усадки и вязкости—расплавленного состава, что затрудняет заполнение форм.

При работе с резиновыми формами или изготовлении тонкостен­ных ажурных моделей состав плавят и при 80° С; в жидком виде под давлением заполняют формы. При работе с металлическими пресс-формами состав применяют в пастообразном состоянии. Формы предварительно смазывают касторовым маслом, разведенным в спирте. Аналогичным способом изготовляют модель массивного, конусообразного и изогнутого литника. Этот литник служит основой для сборки модельного блока путем напаивания на него большого числа моделей изделий.

Затем готовят специальный огнеупорный состав, компонентами которого служат гидролизованный раствор этилсиликата и маршалит, т. е. тонко размолотый кварцевый песок. В зависимости от ха­рактера моделей соотношение компонентов в растворе (в процен­тах) изменяется, что делает его то более жидким, то более густым. В среднем 60—70% приходится на долю маршалита, а остальные 40—30% составляет гидролизованный раствор этилсиликата. Состав хорошо перемешивают и в него погружают модельный блок.

Избытку состава дают стечь, после чего блок обсыпают плав­леным дробленым кварцем или кварцевым песком, но он менее пригоден, так как при прокаливании, расширяясь, деформирует формы особенно тонких ажурных изделий. Поэтому в основном применяют кварц. После обсыпки формы сушат; режим сушки применяют следующий: 35—40 мин сушат на воздухе при комнат­ной температуре и 25—30 мин в атмосфере, насыщенной парами аммиака, и опять 20—30 мин на воздухе до полного удаления запа­ха аммиака.

Обсыпку с последующей сушкой повторяют несколько раз (четыре-пять), пока стенка огнеупорного покрытия не достигнет не­обходимой толщины. После этого блок формуют в стальной цилиндрической опоке, снабженной специальной скобой для закрепления ее на центробежной машине. Для формовки употребляют сухой кварцевый песок с однопроцентной добавкой борной кислоты, ко­торая, расплавляясь при прокаливании формы, служит связующим материалом. Торцы опоки заделывают тем же песчаным наполни­телем, но с добавкой (10—15%) водного раствора жидкого стекла, которое после затвердевания придает необходимую прочность заформованной опоке. Затем модельный состав выплавляют; для этого опоку ставят в предварительно нагретый до 200° сушильный шкаф литниковой чашей вниз. После того как модельный состав вытечет, опоку переносят в муфельную печь, где при температуре 850—900° форму прокаливают в течение 3—5 ч.

Золото 583 пробы перегревают до 1100° С (температура плавле­ния этого золота 950° С) для лучшего заполнения и заливают его в форму, которую подогревают до 700° и устанавливают на центро­бежный станок. После заливки форму немедленно приводят во вращение со скоростью 160—170 оборотов в минуту. В течение 0,5—1 мин металл твердеет, форму снимают со станка и охлаж­дают в течение 3—4 ч. Для освобождения отливки от огнеупорной оболочки ее кипятят в щелочном растворе и промывают в горячей воде. Затем готовые отливки отрезают от литника (который вновь идет в переплавку), отжигают и отбеливают в пятипроцентном раст­воре азотной кислоты, промывают и просушивают.

Прочие виды литья

Литье в оболочковые формы.Этот способ представляет собой дальнейшее развитие и усовершенствование литья во временные (земляные) формы. Уменьшение объема формовочной земли при создании литейной формы потребовало предельно сократить тол­щину ее стенок. Это легло в основу разработки технологии оболоч­кового литья, которое впервые было применено в 1950 г. В настоя­щее время его применяют для художественного литья при отливке простых форм типа барельефа.

Сущность этого способа сводится к следующему: металличе­скую модель барельефа укрепляют на чугунной плите с приспособ­лением для подогрева на нагретую до 300—350° С чугунную мо­дельную плиту; затем насыпают слой мелкого кварцевого песка, тщательно перемешанного со связующим материалом, в качестве которого применяют термореактивные искусственные смолы, на­пример, пульвербакелит. Эта смола сначала при температуре 60— 70° С размягчается, а затем при 200° С расплывается и, наконец, при 300—400° С твердеет и переходит в необратимое состояние.

Нагреваясь от плиты, смола, находящаяся в формовочной смеси, плавится и обволакивает зерна песка, в результате на модельной плите образуется песчано-смоляная оболочка, точно повторяющая весь рельеф модели; когда оболочка достигает толщины в 6—10 мм, избыток смеси удаляют, а модельную плиту вместе с обра­зовавшейся на ней оболочкой подвергают дополнительному нагре­ву до 400° С для перехода смоляной связки в твердое необратимое состояние. После этого оболочку, представляющую собой полуфор­му, снимают с плиты посредством специальных толкателей, распо­ложенных в модельной плите.

Таким же способом изготовляют вторую полуформу. Обе по­ловинки скрепляют между собой специальными скобами или зажи­мами и, если нужно, внутрь оболочки устанавливают такой же обо­лочковый стержень. Иногда при массовом производстве оболочко­вые полуформы склеивают с применением высокочастотного нагрева. Затем форму устанавливают в стальной ящик, заменяющий опоку, и засыпают вокруг песком. В таком виде форму подают под заливку. После охлаждения отливку извлекают с разрушением обо­лочковой формы. Этот метод легко поддается механизации и автоматизации при массовом производстве изделий и несомненно имеет большое будущее.

Литье в постоянные металлические формы.Этот вид литья так­же является очень древним. На рис. 98 изображена ажурная сереб­ряная лампада, отлитая в Сербии в 1492 г. (хранится в Государствен­ной Оружейной палате).

В Древней Руси, начиная с XVI в., применялось художественное оловянное литье. Оно осуществлялось в медных (латунных) формах, а иногда в стальных (железных), которые изготовлялись либо лить­ем с последующей чеканкой, либо гравировкой (оброном). Оло­вянные, художественные отливки с толщиной стенки, равной всего 2—5 мм, золотились (или серебрились) и применялись для декорировки домашней утвари (рамы, ларцы и т. п.), а также внутреннего убранства храмов (киоты, иконостасы и т. п.). Однако более широкого развития литье в постоянные металлические формы в то вре­мя не только не получило, но к началу XIX в. оказалось забытым.

В настоящее время литье в кокиль, т. е. в стальные или чугун­ные формы, очень широко применяется в технике и проникает в область художественной обработки. Литье в кокиль относится к прогрессивным способам литья; оно имеет ряд преимуществ по сравнению с литьем во временные формы. Главное преимущество заключается в том, что металлическая форма выдерживает боль­шое количество заливок. Стойкость кокиля при легкоплавких от­ливках из алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов достигает 1 000 000 заливок; при отливке стальных и чугунных деталей число их значительно меньше. Кроме того, структура отливок получается мелкозернистой, обусловливающей лучшие механические свойства. Поверхность отливок отличается чистотой, не требующей никаких дополнительных механических обработок. Особенно велика точ­ность литья в кокиль.

Литье в постоянные металлические формы экономически целе­сообразно при массовом или крупносерийном производстве изде­лий, так как стоимость производства кокилей очень высока, Они изготовляются из чугуна или стали с особо тщательной подгонкой и обработкой, которая обычно требует больших затрат ручного вы­сококвалифицированного труда (лекальщиков, граверов и т. п.).

Металлические формы для простых отливок состоят из двух ча­стей, а для сложных изделий форма соответственно усложняется и может состоять из многих частей, включая и составные стержни, обусловливающие пустотелость отливки. Различают кокильное литье — когда и форма, и стержни изготовлены из металла, и полу­кокильное— когда стержень изготовлен из песчаных смесей, как при земляном литье. Последнее чаще применяют для отливок из тугоплавких металлов — чугуна, бронзы.

В литье в кокиль все основные процессы поддаются механиза­ции. Применяются механизмы, производящие разъем и соединение кокилей, а также заливку их металлом; карусельные автоматы, ко­торые непрерывно выполняют полный цикл работы, начиная от обработки полости кокиля коптящим пламенем ацетиленовой го­релки (для продления срока его службы), установки стержня, за­крывания кокиля и заливки его металлом и кончая его автоматиче­ским раскрыванием и удалением из его полости готовой отливки.

Литье поддавлением. Литье под давлением — современный ме­тод массового производства изделий из легкоплавких сплавов (алю­миниевых, цинковых и т. п.). Сущность способа заключается в том, что металл заливают в металлические формы (кокили) под давле­нием, создаваемым специальными литейными машинами. Отливки получаются с высокой точностью размеров, чистой поверхностью и отличаются тонкими стенками. Минимальная толщина стенок при отливке из цинковых сплавов достигает 1—3 мм, из алюминиевых — 1,5—4 мм и из медных сплавов до 2—5 мм. Литье под давлением, позволяет получать отливки очень сложные по конфигурации, но. сравнительно небольшие по размерам.

В области художественного литья этот способ экономически оправдывается при массовом производстве изделий, так как формы для литья под давлением представляют собой очень сложные, из­готовленные из высококачественных сталей и дорогие устройства. Центробежное литье.Этот вид литья представляет собой совре­менный способ, особенность которого заключается в том, что ме­талл заливают в быстро вращающиеся формы и под действием центробежных сил прижимают к стенкам формы. Таким образом можно отливать трубы, колонны и другие изделия цилиндрической формы. Для центробежного литья применяют металлические фор­мы, а также песчаные, но с добавками прочных крепителей (жидкого стекла, этилсиликата и т. п.).

Существуют машины для центробежного литья с горизонтально и вертикально расположенной осью вращения. Длинные детали (трубы, колонны) отливают на машинах с горизонтальной осью вращения; детали небольшой длины — на центробежных машинах с вертикальной осью вращения.

Художественная ковка
Ковка — один из древнейших способов обработки металлов. Она осуществляется ударами молотка по заготовке. Под его ударами заготовка деформируется и принимает желаемую форму, но такая деформация без разрывов и трещин свойственна в основном только драгоценным металлам, которые обладают достаточной пластичностью, вязкостью, тягучестью. Совокупность этих свойств называется ковкостью. Холодной ковке поддаются золото, серебро, медь. Этот прием широко применялся в Древней Руси златокузнецами, выковывавшими из слитков чаши, ковши и другие изделия. При холодной ковке металл под действием ударов, изменяя свою форму, быстро теряет пластичность, уплотняется, приобретает «наклеп» и для дальнейшей обработки требует отжига. Поэтому процесс холодной ковки состоит из двух чередующихся операций: деформации металла и отжига (рекристаллизации). В современных условиях холодная ковка в области художественной обработки металла встречается редко, в основном в ювелирном производстве.
Дифовка — древний прием холодной обработки листового металла, производимый непосредственными ударами молота, под которыми он тянется, изгибается, садится и в результате приобретает необходимую форму. От ковки дифовка отличается тем, что она выполняется из листового металла не толще 2 мм.
Виртуозным искусством стала дифовка в руках величайших античных скульпторов, таких как Фидий, который одевал в золотые одежды статуи Афины и Геры, дифуя их из тонких золотых листов. Древнерусские златокузнецы «выколачивали» из листового золота и серебра чаши и кубки, ковши, украшенные чеканкой, гравировкой и драгоценными камнями.

Ручная свободная ковка

Этот вид обработки металлов необходим, во-первых, для изготовления инструментов (чеканов, чеканных молотков, штихелей, зубил и т. п.), применяемых для различных способов художественной обработки металлов, а во-вторых, для производства самих художественных кованых изделий (светильников, решеток и т. п.). Для ручной свободной ковки применяются металлы и сплавы, обладающие вязкостью и пластичностью. Из черных металлов такими свойствами обладают стали различных марок.

Для изготовления художественных кованых изделий применяются углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380-60). Их марки обозначают буквами Ст. и цифрами от 0 до 7. Лучшими из них для указанной цели являются стали с наименьшим содержанием углерода; к ним относятся стали Ст. 0 (углерода до 0,23), Ст. 1 (углерода 0,07—0,12) и Ст. 2 (углерода 0,09—0,15).

Из углеродистых качественных конструкционных сталей (ГОСТ 1050—60*) можно применять марки 10 (углерода 0,1) и 15 (углерода 0,15), но эти стали экономически более дорогие,

Для изготовления слесарных и кузнечных инструментов применяют инструментальные углеродистые стали (ГОСТ 1435—54). Их выпускают шести марок с содержанием углерода от 0,6 до 1,4%. Углеродистые марки обозначают буквой У и цифрами, указывающими содержание углерода, выраженное в десятых долях процента. В табл. 10 приведено содержание углерода и применение этих сталей.

Для изготовления инструментов можно применять и некоторые марки легированных инструментальных сталей (ГОСТ 5950—63), в состав которых, кроме железа и углерода, входят различные легирующие элементы (хром, вольфрам, кобальт, ванадий, молибден, никель и др.).

Ковка стали производится в нагретом состоянии. При нагреве металл (сталь) становится пластичнее и легко поддается деформации.

Для каждого сорта стали существует определенный интервал температур начала и конца ковки. В среднем этот интервал составляет 1100—1300° С — начало ковки и 800—900°С конец ковки. Чем больше в стали содержится углерода, тем ниже температура начала ковки.

В табл. 11 приведены температуры начала и конца ковки для углеродистых сталей, применяемых для художественной ковки и изготовления инструментов.

Нагрев металла можно производить в различных нагревательных устройствах. Простейшим из них, применяемым с давних пор, является кузнечный горн. Горны бывают различных конструкций,— переносные и стационарные, открытого и закрытого типа. Для художественной ковки наиболее приемлемы горны открытого типа. Они позволяют нагревать и короткие, и длинные поковки в любой их части (в том числе и средней). Они просты в обслуживании и удобны в работе; нагрев в них производится быстро.

Для разжигания холодного горна горновое гнездо очищают от золы и шлака, продувают фурму, насыпают небольшой слой угля, оставляя отверстия фурмы свободными, затем зажигают древесную стружку или тряпки, пропитанные керосином, и сверху засыпают второй слой угля и дают слабое дутье. Когда уголь разгорится, добавляют еще угля и постепенно (плавно) увеличивают дутье.

Благодаря спеканию угля в горне образуется твердая корка, под которой развивается высокая температура. Заготовку или ее конец зарывают в горячие угли и засыпают свежим углем. Спекшийся свод из твердой корки должен быть всегда целым; для этого необходимо время от времени подгребать свежий уголь от краев к цент