ХУДОЖЕСТВЕННОЕ ЛИТЬЕ
Введение. Из истории художественного литья ……………….…2
Глава 2. Характеристика способа литья
по выплавляемым моделям …………………………………….…5
Глава 3. Пресс-формы для изготовления моделей………………9
Глава 4. Материалы и оборудование..............................................37
Глава 5. Плавка металла и заливка форм………………………...44
Глава 6. Литейные установки и устройства……………………...48
Глава 7. Составление и расчет шихты …………………………...52
Глава 8. Выбивка и очистка отливок …………………………….59
Глава 9. Отделка орнаментальных художественных изделий …62.
Глава 10. Литье ювелирных отливок …………………………….62
Глава 11. Обработка поверхности ювелирных отливок и
определение пробы благородных металлов и сплавов…..……...87
Глава 12. Дефекты ювелирных отливок и их устранение ……...89.
Глава 13. Проектирование отливок ……………………………...89
Глава 14. Литье в керамические формы ………………………....93.
Глава 15. Литье в резиновые формы (микролитье) ………….…100
Глава 16. Литье по газифицируемым моделям ………………....102
Глава 17. Литьё в магнитные формы…………………………….104
Глава 18. Вакуумная формовка…………………………………..105
Глава 19.Литье в землю ……………………………………….….106
Глава 20. Художественное литьё из чугуна……………. ……....112
Глава 21. Литье в постоянные формы ……………………….…..116
Глава 22. Литьё по моделям, полученным методом лазерной
Стереолитографии…………………………………………………
Глава 23. Техника безопасности………………………………….124
На 18.09 - Объём – 6,61а.л
Кол. Знаков с пробелами – 258790
А.л – 40000 знаков с пробелами
Стр. – 1750 зн. С пробелами = 106
Введение. ИЗ ИСТОРИИ ХУДОЖЕСТВЕННОГО ЛИТЬЯ
Метод литья основан на способности жидкого металла заполнять форму. В мире производят более 90 млн.т отливок в год, и приблизительно одна треть из них изготовляется специальными видами литья без применения традиционных песчано-глинистых смесей. Отливки, полученные специальными видами литья, отличаются от отливок, полученных литьем в песчано-глинистые смеси, не только высокой прочностью и низкой шероховатостью поверхности, но и более широкими возможностями реализации эстетического замысла художника. Существует много специальных методов литья, однако в книге основное внимание уделено литью по выплавляемым моделям в оболочку, в единые смеси и литью в керамические формы. Все эти способы литья изложены в применении к изготовлению художественных изделий мелкой, средней и крупной пластики, а также к изготовлению ювелирных отливок.
Литье — один из самых древних способов обработки металлов. Археологические находки в Египте и Вавилоне подтверждают, что уже в V тысячелетии до н. э. люди умели отливать металл. Памятники античной греческой и римской культур также являются прекрасными образцами литейного дела.
На территории бывшего СССР литье было известно очень давно — еще в период скифской культуры. Например, знаменитый золотой литой гребень из кургана Солоха представляет собой ажурную отливку, изображающую нападение двух скифских воинов на греческого всадника (Государственный Эрмитаж). Не менее интересны горельефные фигуры скифов и лошадей, а также львиные головы и лошади, отлитые из серебра, украшающие никопольскую вазу, найденную в Чертомлыкском кургане на Днепре (Государственный исторический музей). Ваза относится к IV в. до н. э. и представляет собой замечательный памятник скифской культуры.
На территории России и Украины (Киевская Русь X—XI вв.) были найдены бронзовые и золотые украшения, свидетельствующие о том, что нашим предкам были известны процессы литья по выплавляемым моделям.
Первым известным нам русским литейщиком был мастер Константин, отливший в 1166 г. бронзовое паникадило, две его детали нашли при раскопках городища у села Вжище недалеко от Брянска. Замечательным мастером был московский колокольный и пушечный литец Андрей Чохов, более 60 лет (с 1568 по 1632 г.) проработавший в первых рядах русских литейщиков и воспитавший большое число учеников. Основным его произведением является Царь-пушка весом 40 т, представляющая собой образец художественного бронзового литья XVI в. Огромный Царь-колокол весом 200 т отлили из колокольной бронзы в 1735 г. И.Ф. Моторин и его сын Михаил.
С конца XVII в. в самостоятельную область начинает выделяться художественное статуарное литье. Одним из первых крупных бронзолитейщиков и скульпторов был Карло Бартоломео Растрелли, приглашенный Петром I для работы в России. Наиболее значительными его работами являются бронзовый бюст Петра I и статуя императрицы Анны с арапчонком, которую отливали русские мастера Матвеев, Селиванов и Хрептиков, а также конная статуя Петра I, отлитая после смерти Растрелли литейщиком Мартелли. Впоследствии большое влияние на развитие статуарного литья по восковой модели оказал Э. М. Фальконе — создатель «Медного всадника», над которым он проработал 12 лет (1766—1778 гг.) и как скульптор, и как бронзолитейщик.
Крупнейший бронзолитейщик начала XIX в. В. П. Екимов (1758—1837) усовершенствовал способ литья по восковой модели и отлил немало крупных монументальных скульптур, в том числе памятник Минину и Пожарскому в Москве по модели скульптора И. П. Мартоса (1818 г.). Скульптор П. К. Клодт (1805—1867) отливал не только свои произведения, но и других скульпторов и довел до совершенства сложнейшую технологию отливки крупных фигур по восковым моделям, Отлитая им статуя Николая I представляет собой шедевр литейного искусства.
Мировую известность получили художественные отливки уральских заводов в Касли и Кусе. Начиная с 1800 г. они славятся камерной чугунной скульптурой, включая и тончайшее ажурное, почти ювелирное литье, например миниатюрные цепочки, каждое звено которых едва превышает в длину 3 мм и весит не более 0,5 г.
Для художественного литья нашего периода характерны механизация литейного производства, освоение новой техники, внедрение новейших методов литья, таких, как кокильное, оболочковое, центробежное и др. Кроме того, на новой основе развиваются и старые способы литья, например статуарное литье по восковой модели, в котором сложные составы формовочных смесей из органических компонентов заменены неорганическими материалами, позволяющими отливать не только бронзовые, но и чугунные монументальные фигуры с высокой степенью точности. Современные способы литья позволяют отливать изделия различного веса — от нескольких граммов из драгоценного металла до крупных статуй и памятников из чугуна и бронзы.
Ювелирные изделия. Литье из драгоценных и цветных металлов — это особый вид литья, имеющий особую технологию и собственную историю. Золото, серебро, платина были известны человеку еще с незапамятных времен. Люди находили их в виде самородков, отличавшихся не только красивым внешним видом, но и замечательными физико-механическими свойствами: невысокой температурой плавления, легкостью механической обработки и т. д.
Общее представление об античном ювелирном деле дали раскопки курганов Причерноморья VI—V вв. до н. э. и памятники Прикубанья, относящиеся приблизительно к тому же периоду.
Гильдесгеймские сокровища (I в. н. э.) из Эрмитажа, Нормандский и Бернейский клады (II—III вв.), хранящиеся в Париже, и ряд других дают представление о ювелирном деле начала новой эры. С распадом Римской империи массовое искусство в Европе, в том числе и ювелирное дело, пришло в упадок, а центр ювелирного производства переместился на восток, в Византию. Стремление к роскоши в то время было характерно для Востока, что вызвало резкое увеличение производства драгоценных металлов.
В Европе ювелирное дело сохранилось в галльских и германских колониях, во Фландрии и Англии. Подъем этого искусства наступил около X в. В Германии ювелирным искусством занимались в монастырских мастерских Трира, Эссена, Регенсбурга, а также в светских мастерских Лотарингии. Во Франции в раннем Средневековье искусство художественной обработки драгоценных металлов развивалось в мастерских Реймса и Лиможа.
До XIV в. основным заказчиком изделий из драгоценных металлов была Церковь. В XV—XVI вв. началось общее увлечение дорогими ювелирными изделиями из драгоценных металлов. В это время ювелирное дело, которое концентрировалось во Флоренции, Риме и Венеции, приняло скульптурные формы. Стали преобладать хрустальные сосуды в оправе из драгоценных камней и металлов. Работы ювелиров этого времени до сих пор поражают воображение. Наиболее известным ювелиром эпохи Возрождения был Бенвенуто Челлини, автор прославленной «Солонки Франциска I». Изделие отличают виртуозное исполнение, игра золота, серебра и эмалей, обилие драгоценных камней и заимствованные из мира природы мотивы.
В XIX в. наиболее ценные изделия из драгоценных металлов появились в начале столетия, в эпоху Наполеона. Проекты ювелирных изделий разрабатывали императорские архитекторы Персье и Фонтен, а изготовляли их мастера Одио, Бьенне и Огюст.
В начале XX столетия произошел временный подъем художественного творчества в ювелирном деле под названием «югендстиль».
Стали использоваться также традиции японского искусства.
В Древней Руси ювелирное дело было на высоком уровне, так как оно играло важную роль в общественной и культурной жизни. Большой интерес представляют памятники ювелирного искусства Киевской Руси, Древнего Новгорода — исключительные по художественной выразительности и уровню ремесла. Разнообразием используемых ювелирных приемов отличались произведения серебряников Владимиро-Суздальской Руси, применявших чеканку, скань, эмалирование, чернь, резьбу и позолоту.
С XVIII до начала XX в. в ювелирном деле в России применяются те же стили, что и во Франции. Мастерство русских ювелиров оказалось таким высоким, что лучшие их произведения сохранили художественную ценность по сегодняшний день. Так, в начале XX в. мировую известность приобрела петербургская фирма «Карл Фаберже», получившая на Всемирной выставке в Париже золотую медаль. Мастера этой фирмы широко применяли все виды эмальерной техники: живописную и оконную эмаль, эмаль по скани и по гильошированной поверхности и т. д. Ни одно ювелирное предприятие Европы не выпускало изделий с эмалью таких разнообразных оттенков.
В России ювелирное дело претерпевает новый подъем в период правления Александра II (1870-е гг.). Появляются фирмы Фаберже, Овчинникова, Хлебникова. Они украшают предметы для церквей литьем, чеканкой, гильошировкой.
Литье по выплавляемым моделям достигло своего расцвета в 1950-х гг. Характерно, что этому расцвету способствовали новые формовочные массы на основе этилсиликата, кристобалита, гипса, специальных резин и синтетических восков.
В нашей стране этот вид литья получает развитие в 1968 г. В это время были произведены закупки оборудования в ФРГ и Италии. Технология стала высокопроизводительной и экономичной, что позволило удешевить производство ювелирных изделий, копировать и тиражировать ювелирные изделия в любом количестве. Себестоимость литых обработанных изделий становится значительно ниже, чем изделий, выполненных любыми другими методами литья.
Все это дает возможность быстро реагировать на изменение рыночных ситуаций, что обеспечивает литейным ювелирным изделиям большую конкурентоспособность. В наше время в ювелирном деле Россия в числе передовых стран, таких, как Италия, Германия, США и Турция, и занимает одно из первых мест по производству ювелирной продукции. Чтобы разобраться в технологии изготовления ювелирных изделий методами литья, необходимо хорошо представлять себе основы технологии литья ювелирных изделий, основные и вспомогательные материалы, из которых изготовляются ювелирные отливки, оборудование и приспособления. Основными методами получения художественных и ювелирных изделий являются способы литья в разрушающие формы, к которым относятся литьё по выплавляемым моделям и литьё в керамические формы. Поэтому они подробно описаны в основной части книги. Все остальные способы литья описываются менее подробно.
Глава 2. Характеристика способа литья по выплавляемым моделям.
Способ литья по выплавляемым моделям является всеобъемлющим универсальным методом получения художественных отливок любых размеров, массы, степени сложности, из любых металлов и сплавов. Особенно эффективен способ литья по выплавляемым моделям при получении отливок из чугунов, сталей и тугоплавких металлов и сплавов, например из титана. Метод позволяет получать готовое изделие с минимальной механической обработкой, а иногда — без нее, без чеканки и других видов пластической деформации.
Современный процесс литья по выплавляемым моделям (ЛПВМ) получил начало еще в глубокой древности, его прообразом является способ восковой формовки. Этим способом во многих странах изготовляли изделия бытового назначения, оружие из сплавов на медной основе, а также украшения из драгоценных металлов. Сейчас этот способ используют при изготовлении художественных, в том числе статуарных, отливок и ювелирных изделий. Материалами для моделей и литниковых систем служат составы на основе воска. Модели, собранные на литниковых системах, называют блоками или ёлками. На поверхность блоков наносят суспензию, состоящую из огнеупорного пылевидного материала и связующего раствора. Смесь наносят на поверхность моделей, обсыпают песком и отверждают методом сушки. В зависимости от габаритов формы и выбранной технологии изготовления, свойств, применяемых формовочных материалов и заливаемого сплава, а также от особенностей заливки число слоев в оболочке может колебаться от 4 до 10. (В настоящее время количество слоёв в оболочке удаётся снизить до 3-х, четырёх, благодаря использованию жидкого стекла, которое покрывает последний слой и укрепляет оболочку).
Затем воскообразную модель с литниковой системой удаляют через литниковую воронку выплавлением, растворением или выжиганием.
После освобождения оболочки от модельного состава ее прокаливают и заливают металлом. В зависимости от технологического процесса модель заливают в горячем или холодном состоянии в опорном слое или без него (рис. 2.1.).
Рис.2.1. Схема технологического процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям в оболочковые формы.
Отливки отделяют от литниковой системы и очищают химико-термическим способом в растворах щелочи.
Большие возможности и универсальность ЛПВМ сопряжены с многооперационностью, применением большого количества материалов, высокой трудо- и энергоемкостью процесса. Поэтому применение ЛПВМ должно быть экономически обосновано.
Для получения сложных моделей применяют пресс-формы из эластичных материалов, гипса, легкоплавких сплавов.
Пресс- формы для изделий серийного и массового производства делают из стали.
Подробнее рассмотрим процесс изготовления отливок согласно способам, приведенным на схеме изготовления отливок (рис. 2.1, А, Б, В).
1. Оболочковый — при котором сначала выплавляют модели, после чего остается покрытие в виде оболочки, являющейся литейной формой. Ее прокаливают для удаления остатков модельного материала и других газообразующих веществ, затем в специальных ящиках (жакетах) заформовывают, засыпая снаружи песком, и подают под заливку металлом. Иногда оболочки заливают сразу после выема из печи, без заформовывания, а иногда заливку производят в холодные оболочковые формы.
2. Оболочково-опочный — при котором также сначала выплавляют модели, затем оболочку устанавливают в специальном ящике с дном (опоке), засыпают снаружи песком, прокаливают и форму подают под заливку металлом.
В этом случае оболочка прокаливается вместе с песком, который служит одновременно опорным и поддерживающим материалом, предупреждающим возможность разрушения оболочки жидким металлом. Такие формы заливают в горячем состоянии чёрными и цветными сплавами.
Песок, находящийся в ящике, предохраняет форму от быстрого нагрева и разрушения при прокаливании и заливке металлом.
3. Опочный — при котором модели с огнеупорным покрытием заформовывают в ящики, затем выплавляют модели и прокаливают форму. Полученную горячую форму заливают металлом. В этом случае выплавление модели производится после заформовывания модельного комплекта.
После затвердевания и остывания залитого металла формы выбивают, литники и прибыли отделяют от отливок, которые при необходимости термически обрабатывают (как правило, отжигают для снятия напряжений), очищают и контролируют.
При заливке металлом центробежным способом заформованные ящики-опоки поворачиваются на 90°. В этом случае формовку производят цементом. Способ заключается в следующем: модель с огнеупорным покрытием устанавливается на плоскую поверхность чашей вниз. Затем накрывается цилиндрической опокой и заливается жидким цементом. Выступающая часть цемента срезается линейкой до образования гладкой поверхности на уровне края опоки. После затвердевания цемента производится прокаливание. Затем форма извлекается из прокалочной печи, устанавливается на центробежную машину, крепится в захватах коромысла машины или ручного карабина (при заливке вручную) и заливается металлом. Далее форма вращается до застывания жидкого металла.
В последнее время начал применяться комбинированный способ формовки по-сырому. Он заключается в следующем. В цилиндрическую опоку с установленным в ней блоком наливается цемент толщиной 20—40 мм. После его застывания образуется твердая цементная подушка (дно опоки), которая удерживает блок. Затем до верха опоки засыпается прокаленный песок, на который вновь заливается жидкий цемент слоем той же толщины, что и нижняя подушка. После его затвердевания образуется верхняя подушка. Находящийся между ними песок при прокаливании формы оказывает давление на оболочку менее интенсивно. Эта оболочка при обжиге не испытывает больших напряжений, не растрескивается ни при обжиге, ни при охлаждении после извлечения формы из печи. Газопроницаемость и податливость формы увеличиваются. В результате заливка жидким металлом происходит более равномерно.