Текст книги "Основы дизайна. Художественная обработка металла. Учебное пособие"

Автор книги: Михаил Ермаков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 31 страниц) [доступный отрывок для чтения: 12 страниц]

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 печьиспользуется 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 печиделятся 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).