Илья Мельников - Художественная обработка металла. Закрепление камней в изделиях и художественное литье
Для облегчения процессов формовки трудоемкие ручные операции заменяют различными приспособлениями и машинами.
Литье по выплавляемым моделям является очень древним способом, который применяли еще в Древнем Египте, Древней Греции и античном Риме, а также в эпоху Возрождения. Этим способом отливали свои статуи П.К. Клодт, Э.М. Фальконе,
В.П. Ефимов. В современных условиях он значительно изменен.
Смысл литья по выплавленным моделям заключается в том, что модель после ее заформовки удаляется из формы путем нагрева.
Состав, из которого модель изготовляется, плавится и вытекает из формы, поэтому форму после формовки нет необходимости разбирать. Это дает возможность формовать любые по сложности изделия целиком без применения кусков, стыки между которыми оставляют на поверхности отливки швы, однако в случае перекоса кусков всей отливке наносится непоправимый ущерб.
В настоящее время при отливке художественных изделий способ литья по выплавляемым моделям применяется в нескольких вариантах: для отливки крупных фигур, для обычного литья средних размеров и для ювелирного литья из драгоценных металлов.
В ювелирном деле восковое литье с успехом применяли древние римляне, изготовляя, к примеру, знаменитые браслеты в виде змей.
Применяя этот способ, сначала изготовляли по рисунку чертеж отливки, учитывая литейную усадку, равномерную толщину стенок, литейные радиусы и другие параметры. Затем по этому чертежу изготовляют металлическую модель – эталон изделия.
Модель снабжается специальным литником, который рассчитывается и отливается вместе с моделью.
При выпуске небольших серий с эталона снимают резиновую форму, а при сериях крупных изготавливают специальную разборную металлическую прессформу.
Пользуясь либо резиновой формой, либо металлической прессформой из специального модельного состава заготавливают выплавляемые модели. В качестве модельного состава для литья ювелирных изделий употребляют парафин (95 процентов) с добавлением полиэтилена (5 процентов).
Работая с резиновыми формами или, изготавливая тонкостенные ажурные модели, состав плавят и при температуре 80 градусов в жидком виде заполняют им формы.
Работая с прессформами, состав применяют в пастообразном состоянии.
Формы предварительно смазываются касторовым маслом, разведенным в спирте.
Аналогичным способом изготовляют модель массивного, конусообразного и несколько изогнутого литника. Этот литник служит основой для сборки модельного блока путем напаивания на него большого числа моделей изделий. Затем готовят огнеупорный состав из гидролизованного раствора этилсиликата и маршалит – тонко размолотый кварцевый песок.
В зависимости от характера моделей процентное соотношение компонентов в растворе может меняться, делая его более жидким или густым.
Маршалит составляет до 70 процентов, а остальные 30 – гидролизованный раствор этилсиликата.
Состав перемешивают и погружают в него модельный блок. Избытку состава дают стечь, после чего его обсыпают плавленным дробленым кварцем или кварцевым песком.
Плавленый дробленый кварц применять лучше, так как кварцевый песок при прокаливании, расширяясь, может деформировать формы особенно тонких ажурных изделий. После обсыпки формы сушат: 40 минут на воздухе при комнатной температуре, 30 минут в атмосфере, насыщенной аммиачными парами, и вновь 30 минут на воздухе, чтобы удалить аммиачных запах. Эти операции с последующей сушкой повторяют несколько пять раз, пока стенки огнеупорного покрытия не достигнут нужной толщины. После этого осуществляется формовка блока в стальной цилиндрической опоке, снабженной специальной скобой для закрепления ее на центробежной машине.
Для формовки употребляется 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 до 15 процентов водного раствора жидкого стекла, которое после затвердения придает необходимую прочность заформованной опоке.
Затем модельный состав выплавляется. Для этого опоку ставят в предварительно нагретый до 200°С сушильный шкаф литниковой чашей вниз. После того как модельный состав вытечет, опоку переносят в муфельную печь, где при температуре 850°С форму прокаливают от трех до пяти часов.
Для того, чтобы выплавить изделие из золота (585 проба), его нагревают до 1100°С (температура плавления золота этой пробы составляет примерно 950°С) для лучшего заполнения и заливают в форму, которая подогревается до 700°С и устанавливается на центробежный станок.
После заливки форма быстро приводится во вращение со скоростью 160 оборотов в минуту. В течение 30 секунд металл твердеет, форма снимают со станка и охлаждают 4 часа.
Для того, чтобы освободить отливку от огнеупорной оболочки ее кипятят в щелочном растворе и промывают в горячей воде. Затем новые отливки отрезают от литника, который вновь идет в переплавку, отжигают и отбеливают в пяти процентном растворе азотной кислоты, промывают и просушивают.
Художественное литье в оболочковые формы применяется при отливке простых форм типа барельефа. Технология отлива: на нагретую до 300°С чугунную модельную плиту насыпают слой мелкого кварцевого песка, тщательно перемешанного со связующим материалом.
Таким материалом может быть искусственная смола пульвербакелит. При температуре 65°С она размягчается, при температуре 200°С расплывается и при температуре 300 – 350°С становится твердой.
Затем оболочку, которая представляет собой полуформу, снимают с плиты, изготовляют вторую форму и обе половинки скрепляют между собой зажимами, при необходимости, устанавливая внутрь оболочки такой же оболочковый стержень.
Далее форму устанавливают в стальной ящик, заменяющий опоку, и засыпают вокруг песком. В таком виде форма подается под заливку. После охлаждения оболочку разрушают и извлекают отливку.
При массовом производстве изделий данный способ при соответствующей автоматизации и механизации приносит экономический успех.
Литье в кокиль – постоянные металлические формы широко применяется в технике и в области художественного литья.
По сравнению с литьем в земляные формы этот метод имеет ряд существенных преимуществ.
Главное преимущество в том, что металлическая форма выдерживает большое количество заливок. Кокиль при легкоплавких отливках из алюминиевых, магнитных и цинковых сплавов достигает 100 тысяч заливок.
При отливке стальных и чугунных деталей число их гораздо меньше.
При литье в кокиль структура отливок получается мелкозернистой, поверхность чистой, не требующей никаких дополнительных механических обработок, кроме того, кокильное литье является очень точным.
Данный способ применим при крупносерийном производстве, так как стоимость производства кокилей высока.
Изготовляют их из чугуна, стали с тщательной ручной подгонкой и обработкой, которой занимаются граверы, лекальщики и другие высококвалифицированные специалисты. Для простых отливок металлические формы состоят из двух частей, для сложных изделий – из многих, включая, составные стержни.
При кокильном литье и форма, и стержни изготовлены из металла, при полукокильном, стержень изготавливают из песчаных смесей, как при литье в земляные формы.
Полукокильное литье применяют обычно для отливок из бронзы и чугуна.
В кокильном литье все основные процессы чаще всего автоматизированы и механизированы.
Литье под давлением представляет собой один из способов производства изделий из легкоплавких металлов – алюминиевых, цинковых и т.д. При этом способе металл заливается в кокили – металлические формы под давлением.
Давление создают специальные литейные машины. Отливки получаются с высокой точностью размеров, чистой поверхностью и отличаются тонкими стенками.
Минимальная толщина стенок при отливе из цинковых сплавов достигает 1 – 3 мм, из алюминиевых – 1,5 – 3,5 мм, из медных сплавов – 2 – 4 мм.
Литье под давлением дает возможность получать отливки сложные по конфигурации, но небольшие по размерам.
Для художественного литья этот метод применяют при массовом производстве изделий, так как формы для литья под давлением являются дорогим и сложным устройством, выполненном из высококачественных сталей.
При центробежном литье металл заливают в быстро вращающиеся формы, в которых под действием центробежных сил он прижимается к их стенкам.
Таким образом отливают трубы, колонны и другие изделия цилиндрической формы. Центробежное литье также применяют при изготовлении сложных фигурных изделий из драгоценных металлов. Кроме того, этот метод дает возможность получать двухслойные цилиндрические отливки из разных металлов, например, из бронзы и чугуна.
