Приготовление формовочной смеси.

Начинается процесс приготовления формовочной смеси с подбора материалов. Отправная точка в подборе материалов для формовочной смеси – форма будущего изделия и материал, из которого оно будет отливаться. Форма изделия – прямоугольная, а материал для отливки будет цинк, олово, бронза или алюминий. В зависимости от этого подбираем песок, отвечающий этим требованиям.

Формовочная смесь будет состоять из кварцевого песка, в который добавлено 8–12 % чуть влажной глины. Песок предварительно промывают, просушивают, а затем просеивают через сито.

Глину отмучивают, то есть заливают большим количеством воды и размешивают деревянной мутовкой до образования глинистой жижи. Когда раствор отстоится, песчинки и мелкие камешки опустятся на дно, а щепки, травинки и другие легкие предметы всплывут. Осветленную воду осторожно сливают и ковшом вычерпывают жидкую глину, которую потом помещают в широкую посуду, тонкий слой глины высохнет быстрее. Сушат глину в теплом сухом месте или на солнце. Потом ее измельчают в порошок, просеивают и высыпают в ящик, коробку или целлофановый пакет. В таком виде она пригодна для составления формовочных смесей.

Чтобы приготовить формовочную смесь, берут 9 частей песка, смешивают с 1 частью глиняного порошка, тщательно перемешивают и добавляют примерно 0,5 части воды. Раствор перемешивают до тех пор, пока он не станет однородным. В идеале для полного распределения влаги, смесь после перемешивания должна вылежаться 1,5–2 часа.

Правильно определить достаточность увлажнения трудно, потому что это во многом зависит от составов песка и глины. Но выполнение несложного теста может гарантировать вполне приемлемый результат.

Тест.  Оптимальную влажность формовочной смеси можно определить так. Берут щепотку смеси, скатывают шарик, а потом подбрасывают вверх. Материал считается пригодным к работе, если шарик не рассыплется или не расплющится при падении. Рассыпавшийся шарик указывает на то, что формовочная смесь недостаточна увлажнена, а расплющенный – на избыток влаги. В первом случае в смесь добавляют чуть‑чуть воды, а во втором – сухую песчано‑глинистую смесь. Оптимальная влажность смеси должна составлять 3–5 %.

Основным связующим элементом формовочных смесей является уже упоминавшаяся глина. Она связывает частицы песка в единую массу и придает ей пластичность. Однако, будучи вязким материалом, глина увеличивает риск пригара формовочной смеси к поверхности отливки и может препятствовать выходу паров и газов, образующихся в процессе литья. Уравновешивать отрицательные свойства глины можно использованием так называемых крепителей. Самыми доступными крепителями являются масла, олифы, канифоль, патока. Добавление небольшого количества крепителей в песчано‑глинистую смесь способно значительно улучшить ее качества. Самыми лучшими крепителями считаются натуральные льняное и конопляное масла или приготовленные на их основе олифы. Но их применение весьма ограничено (только для художественных работ наивысшего качества) из‑за высокой стоимости.

Разделительный песок. Разделительным песком засыпают поверхности форм в стыках. Этот песок должен быть лишен глинистой составляющей так, чтобы не происходило склеивание двух и более разъемных частей формы. В качестве разделителя можно использовать песок, счищаемый с поверхности отливок, так как в местах соприкосновения формовочной смеси с раскаленным металлом ее глинистая составляющая практически полностью выгорает.

В некоторых случаях поверхности моделей во избежание прилипания к ним формовочной смеси смазывают керосином.

Формовка. На ровную и гладкую деревянную подмодельную плиту кладут одну из двух частей разъемной модели. В данном случае это будет верхняя сторона крышки. Ее укладывают рельефом вверх. Рядом располагают прямоугольный деревянный брусок – так называемый питатель (см. рис. 2.30, позиция 1). Следом за ним устанавливают опоку приливом вниз и припыливают поверхности детали и питателя, например, порошком древесного угля (позиция 2). Затем наносят слой облицовочной формовочной смеси, то есть более тщательно просеянной, мелкой и однородной. От нее зависит чистота поверхностей отливки (позиция 3). Постепенно слой за слоем всыпают в опоку наполнительную смесь, постепенно утрамбовывая ее, вначале клиновидным концом трамбовки, а затем плоским (позиция 4).

Утрамбовывать надо с таким расчетом, чтобы она была не рыхлой, но и не слишком плотной. В первом случае в формовочной смеси могут образоваться пустоты, которые потом заполняются металлом и исказят форму отливки; во втором – чрезмерное уплотнение помешает выходу газов при заливке металла.

Заполнив опоку доверху, деревянной или металлической линейкой снимают лишнюю формовочную смесь (позиция 5). В полуформе опоки, на равном расстоянии друг от друга, иглами делают вентиляционные каналы. Форму прокалывают с таким расчетом, чтобы вентиляционные каналы не касались модели (позиция 6). В противном случае металл попадет в каналы, нарушая чистоту поверхности отливки.

Далее опоку переворачивают так, чтобы приливы с ушками оказывались сверху (позиция 7).

Плоские участки формовочной смеси (поверхности разъема) посыпают сухим песком. Он разделяет две полуформы, не давая формовочной массе слипаться. Песок, попавший на модель, сметают кисточкой из перьев. Сверху устанавливают вторую часть модели, так, чтобы штыри, находящиеся на ней, свободно вошли в глухие отверстия, заранее просверленные в первой детали (позиция 8). На конце питателя устанавливают шлакоуловитель со стояком, а в самой высокой точке модели – так называемый выпор. Стояк – это деревянный усеченный конус, опирающийся на шлакоуловитель – призму с трапецеидальным сечением. Установив сверху вторую опоку и соединив ее с нижней штырями, покрывают модель и литниковую систему тонким слоем припыла и заполняют верхнюю опоку формовочной смесью (позиция 9). Лишнюю формовочную смесь удаляют линейкой (позиция 10). В верхней части формы накалывают вентиляционные отверстия и вырезают литниковую воронку (позиция И). вынув из гнезд соединительные штыри, убирают из формы и стояк. Осторожно снимают верхнюю полуформу опоки и кладут рядом с нижней. С помощью подъемов извлекают из полуформ модель и литниковую систему (позиция 12).

 

 

 

Рис. 2.30. Технология изготовления изделия. Рисунок Г. Я. Федотова.

 

Раскрытую форму тщательно осматривают, исправляя поврежденные места гладилками и ланцетами. Убедившись, что дефектов нет, внутренние поверхности формы припудривают толченым древесным углем. Затем полуформы накладывают одну на другую, соединяют штырями и устанавливают на постель, состоящую из слоя формовочной смеси (позиция 13). Сверху кладут деревянные бруски или планки и груз. Груз кладут так, чтобы он не прикрывал литниковую чашу и отверстие выпора.

Получение отливки. Все подготовительные операции завершены. Можно приступать к заливке металла.

Цинк, олово, свинец легко плавятся в обычной консервной банке на любом огне.

Свинец плавят на открытом воздухе или в помещении, оборудованном вытяжным шкафом. Алюминий плавят в глиняных тиглях, помещая их в муфельную печь. В ней можно плавить и бронзу, содержащую 25 % олова. Предварительно внутренние стенки и дно тигля присыпают бурой. Если сплавление ведут в печи с открытой топкой или на открытом огне, то наполненный тигель обязательно накрывают крышкой, чтобы защитить расплав от проникновения газов. При использовании муфельной электрической печи в крышке нет необходимости. Нагревают металл, как уже отмечалось, до температуры, в среднем на 100–150 °C выше точки его плавления. Причем, расплавы для тонкостенных и ажурных отливок и отливок с мелкими деталями нагревают сильнее, нежели заливки для простых и толстостенных изделий. При более высокой температуре сплав обладает большей жидкотекучестью и будет лучше заполнять трудные места.

Расплав вливают в форму через воронку литника (позиция 13). Заполнив доверху воронку и выпор, металлу дают затвердеть и остыть в течение 20–30 минут. Затем опоки разъединяют и выбивают отливку. Формовочную массу убирают в отдельный ящик для повторного использования при формовке корпуса шкатулки (позиция 14).

У выбитой из формы отливки отпиливают или обрубают зубилом литниковые образования и напильником стачивают наплывы. Металлической щеткой снимают с отливки пригоревшую формовочную смесь.

Когда следы литейного процесса с поверхности отливки удалены, наступает время чистовой обработки. По сравнению с моделью отливка всегда получается менее четкой, поэтому ее обрабатывают с помощью напильников с крупной а затем с мелкой насечкой и делают чеканку всех недостаточно прорисованных рельефных элементов. Если поверхность отливки имеет сложную рельефную или ажурную структуру, перед чистовой обработкой рекомендуется провести отжиг отливки. В результате отжига ее поверхность будет более податлива. Отжигают отлитое изделие, уложив его в ящик из жаростойкой стали, заполненный смесью песка и угля. Закрытый крышкой ящик для герметичности замазывают огнеупорной глиной и помещают в печь, прогретую до 900 °C. Желательно выдержать отливку в этом температурном режиме в течение 2–3 часа, в зависимости от толщины стенок, а затем поэтапно, сначала снизив температуру до 400 °C, а затем и до 150–100 °C, ее охлаждают. При 100–150 °C, ящик извлекают из печи. Еще раз хотим отметить, что отжиг требуется для проведения очень тонкой чеканки по сложному узору. Для простых изделий, с которых вы начнете свои опыты в литье, отжиг излишен.

Чеканку отливок можно производить обычными чеканными инструментами в технике, будет известной вам из главы «Чеканка». Мелким отливкам придают четкость с помощью зубильцев и штихелей (см. рис. 2.30, позиция 15). В той же последовательности отливают, а затем отделывают нижнюю часть шкатулки – корпус.

В заключение поверхность шкатулки покрывают декоративным защитным слоем.

 

Обработка готовых изделий

 

Наибольшее распространение получили медные сплавы (бронза, латунь) в производстве монументальных отливок, а серый чугун – при отливке малых форм (например, каслинское литье).

Художественные изделия иногда отливают частями, для упрощения и удобства изготовления литейных форм. После выбивки из форм отливки имеют всевозможные следы на поверхности от выпоров, полосы от соединений отдельных частей формы и т. д. поэтому требуется механическая обработка. При ее производстве восстанавливается четкость рисунка модели. Этот процесс (механической обработки) состоит из нескольких операций: отжиг отливок, обработка поверхности отдельных частей, чеканка поверхности, сборка деталей, шпаклевка и окраска.

Термическая обработка.  

Восстановить четкость рисунка (например, жилки на листьях цветка) можно, если только поверхность отливки будет мягкой для производства этой операции. А изделия из чугуна после выбивки из формы вследствие быстрого охлаждения имеют твердую поверхность – так называемую отбеленную, которая трудно поддается обработке. Чтобы этого избежать, отливки подвергают отжигу в термических печах в ящиках из жаростойкой стали.

Обработка поверхности отливок.  

После отжига отливки должны пройти механическую обработку. При обработке художественного изделия основным технологическим требованием является выполнение операции рубки, опиливания и зачистки поверхности без углубления в ее тело, иначе нарушится ее целостность, а это – уже брак.

После обрубки поверхности отливок очищают от пригоревшей к их поверхности формовочной смеси, (см. «Технология изготовления шкатулки»). Делают это вручную, в барабанах, дробеструйных аппаратах, в установках химической и электрохимической очистки, с помощью механических щеток. Изделия, имеющие сложную поверхность и тонкие стенки, очищают вручную на специальных столах с металлическими решетками и пылеотсасывающими трубками. Ажурные тарелки, кронштейны и др. очищают круглыми механическими проволочными щетками.

Очистка в барабанах. Очищают толстостенные отливки, не имеющие на поверхности тонких украшений. Их закладывают в барабан вместе с чугунными звездочками, которые при вращении сдирают формовочную смесь, пригоревшую к поверхности отливки. Можно очищать и тонкостенные, только при этом нужно перекладывать их деревянными прокладками, чтобы они не могли свободно перекатываться.

Дробеструйная очистка отливок производится сжатым воздухом с добавлением чугунной дроби. Через слой дроби проходит воздух, увлекает ее за собой и, выбрасывая на поверхность отливки, очищает ее.

Отливки, полученные литьем, можно очистить выщелачиванием, или химической очисткой, в сетчатом барабане, который помещают в ванну с горячим раствором каустика.

Электрохимическая очистка отливок производится в специальных установках. Принцип работы их основан на химических реакциях, которые производят в расплаве гидроокиси калия, при пропускании через них электрического толка напряжением 5–10 В. Электрохимическая очистка дает высокое качество поверхности отливок.

Чеканка отливок.  

Поверхность модели имеет рисунок, но каким бы четким он ни был, невозможно получить хорошей копии в отливке. Для этого и производится операция чеканки и гравировки различными инструментами: зубильцами, штихелями и чеканами (см. рис. 2.30, позиция 15). В процессе художественной обработки отливки эта операция – самая ответственная, трудоемкая и сложная.

Сборка отливок.  

Сборка художественной отливки – это соединение в одно целое ее частей. Они монтируются при помощи знак на одной части и соответствующего гнезда для него – на другой.

Окраска отливок.  

Покрытие поверхности чугунной отливки слоем краски или нержавеющего металла – это заключительная операция в технологическом процессе механической обработки художественного изделия. Перед окраской поверхность подвергают обработке, т. е. затирают меловой шпаклевкой.

Хорошо очищенную от пыли, масляных пятен, окислов, прошпаклеванную и просушенную отливку покрывают олифой. Потом отливку прожаривают и покрывают слоем краски. Иногда на изделия наносят слой цветного металла (медь, никель, серебро и т. д.) – это делается в ванне с раствором методом гальванизации.

 

Отделочные работы

 

Оловянные отливки дорабатывают штихелями и, если нужно, чеканкой, гравированием и тонированием. Чеканка и гравирование выполняются обычными приемами, поэтому мы не будем на них останавливаться (см. разделы дальше). Более подробно расскажем о тонировании олова.

Тонирование – изменение цвета осуществляется химическим способом. На поверхности металла образуется стойкая декоративная пленка, подчеркивающая форму изделия, его рельефность, смягчающая блеск чистого металла.

Вот состав, окрашивающий олово в цвет старого черненого серебра: на 100 мл воды берут 5 г медного купороса и 0,5 марганцовокислого калия. Изделие помещают в раствор, плотность чернения зависит от времени выдержки.

А вот способ меднения (контактного): изделие натирают кашицей из 10 частей кристаллов медного купороса, 1 части хлористого аммония, 1 части поваренной соли, 2 частей мелкого песка и воды. Чаще всего способом контактного меднения тонируют памятные медали.

Отделку изделий из цинка см. главу «Чеканка».

При желании оловянному рельефу можно придать золотистый оттенок. В этих случаях поверхность оловянного рельефа покрывают одним‑двумя слоями масляного лака. Второй слой наносят после высыхания первого.

Ажурное литье, как вы уже узнали, хорошо сочетается с керамикой. Чтобы сделать настенное панно с керамической основой, нужно вылепить из глины плиту с «ковчегом» – углублением, соответствующем высоте рельефа. В местах крепления проткните плиту насквозь использованными спичками. Затем, не вынимая спичек, обожгите плиту в муфельной печи. При обжиге спички сгорят, а на их месте образуются сквозные отверстия. Крепить ажурное литье на керамической плите нужно медной проволокой так же, как и на металлическом листе (см. выше). Под отдельные части рельефа можно подложить цветную фольгу или подкрасить фон масляными красками (более подробно о изготовлении керамических изделий можно найти в специальной литературе «Керамика», – это на тот случай, если не сможете самостоятельно изготовить керамическую основу).