МИНИСТЕРСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ И НАУКЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Тихоокеанский государственный университет
Факультет автоматизации и информационных технологий
КАФЕДРА
Литейного производства и технологии металлов
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
По дисциплине
«Технология художественного литья»
Для направления 261400.62 «Технология художественной обработки материалов» квалификация «бакалавр»
УММО разработан в соответствии с составом УМКД
УММО составил профессор Яскевич А.П.
Тема лекции:
Классификация художественных отливок
1)Классификация отливок по массе.
1. Уникальные тяжелые – более 20000 кг
2. Очень тяжелые более 2500 кг
3. Тяжелые более 250 кг
4. Средние более 25 кг
5. Малые более 2,5 кг
6.Мелкие меньше 2,5 кг
7. Очень мелкие меньше 0,5 кг
8. Миниатюрные меньше 0,05 кг
Привести примеры в виде фотографий.
2)Классификация отливок по способу изготовления.
1.Литье в песчаноглиннистые формы
2.Литье по выплавляемым моделям
3.Литье в керамические формы
4.Литье в металлические формы
5. Литье в гипсовые формы
6.Литье под давлением
7.Центробежное литье
8.Литье по газифицированным моделям
9.Литье вакуумнопленочным способом
10.Корковое литье
11.Литье комбинированным способом
Рассмотреть отдельно каждый вид.
3)Классификация отливок по сплавам.
1.Отливки из чугуна
(На примерах статуарного литья и Каслинского завода)
2.Отливки из бронзы
(Примеры литья по фотографиям)
3.Отливки из латуни
4.Отливки из алюминиевых сплавов
5.Отливки из цинковых сплавов
6.Отливки из легкоплавких сплавов
7.Отливки из благородных металлов и сплавов
(Примеры литья по фотографиям)
4)Классификация отливок по назначению.
1.Монументальные отливки
2.Кабинетная скульптура
3.Архитектурные отливки
4.Садовая мебель
5.Отливки хозяйственного назначения
6.Светильники
7.Часы
8.Медали
9.Ювелирные отливки
10.Колокола
11.Пушки
Изготовление отливок в разовые песчанно-глинистые формы
Основные направления эффективного производства отливок
Изготовление литейных форм
Изготовление стержней
Литьё в гипсовые формы
Легкоплавкие сплавы весьма технологичны и поэтому их можно применять для приобретения навыков изготовления художественных изделий практически любой сложности, и сплавы имеют красивый цвет, схожий с цветом серебра, низкую температуру плавления, отличаются легкостью исправления дефектов путем гравировки, чеканки и подпайки паяльником, возможностью химического тонирования. Например меднение (под бронзу) или хранения (черненое серебро). Все эти свойства позволяют литейщикам- любителям изготавливать художественные отливки даже в домашних условиях. Существуют коллекции оловянных изделий, хорошо передающие пластику миниатюры: скульптуры, медали, броши, браслеты, запонки, булавки для галстуков, ажурные пуговицы и т.п.
Более крупными отливками можно отделать шкатулки, дверные петли, ручки, замочные скважины. Рельефные отливки на обработанном дереве или камне могут служить настенными украшениями. Для получения крупных изделий типа фонарей, люстр, бра, подсвечников используют отдельные сборные отливки.
1. Общие сведения
Весьма оригинальные изделия получают при комбинировании литого металла со вставками из бисера, цветного стекла, камня или керамики.
Виды материалов. Для получения отливок из легкоплавких сплавов применяются материалы модельные, формовочные, металлические и вспомогательные (материалы, регулирующие живучесть гипсовой массы, разделанные составы, материалы для покрытия поверхности отливок).
В качестве модельных материалов для создании художественного произведения, которое должно отливаться из легкоплавкого сплава, обычно используют пластичные материалы, легко поддающиеся лепке. Это пчелиный воск, пластилин. Если гипсовая форма выполняется разъемной, то в качестве модельных материалов могут использоваться дерево, металл, пластмассы, стекло и т.п. они отливаются по оригиналам.
В качестве металлических материалов, как уже было указано, можно использовать любые легкоплавкие сплавы, наиболее часто применяется олово или сплав олова со свинцом, так называемый третник, содержащий 38% свинца и 62% олова.
Пластилин. Пластилин как модельный материал служит для выполнения небольших моделей. Он не сохнет, сохраняет пластичность и достаточную прочность, незаменим там, где требуется тонкая и четкая проработка фактуры модели. Пластилин изготавливается из очищенного, тщательно размельченного порошка глины с добавлением воска, церезина, животного сала, вазелина и других веществ, препятствующих высыханию. Обычно он окрашивается в разные цвета. Степень мягкости пластилина зависит от его температуры, что позволяет продолжать работу через любой промежуток времени.
При отсутствии готового пластилина его можно приготовить. Рецепты пластилина, выпускаемого промышленностью, приведены в таблице 1.
2. Материалы форм и моделей.
Все компоненты пластилина расплавляются на водяной бане. Застывшая масса пропускается через мясорубку и опять расплавляется. Эту операцию повторяют 2 — 3 раза.
Пчелиный воск. Это жироподобное твердое вещество, состоящее из смеси сложных эфиров (до 75%), свободных карбоновых кислот и предельных углеводородов. Плотность — 950 кг/м3, плавится при 62 — 72 °С, нерастворим в воде. Подобно пластилину не высыхает и приобретает разную степень мягкости в зависимости от температуры. В отличие от пластилина позволяет легко исправлять модель, расплавляя воск паяльником.
Глина. Для изготовления моделей глину следует использовать только в том случае, если по каким либо причинам отсутствуют пластилин или воск. Она обладает пластичностью только во влажном состоянии, поэтому работу над моделью необходимо проводить быстро. При высыхании глина теряет пластичность, модель усаживается, в ней могут появляться трещины. При заливке гипсовой массой сухая глиняная модель набухает и ее размеры изменяются. Свойства глин приведены в гл. 3.
3. Модельная оснастка
Модельная оснастка состоит из моделей отливки и моделей литниковой системы, модельной плиты и обечайки (невысокой опоки без дна). В некоторых случаях используется фальшивая пока (плита).
Если модель простой формы, например типа барельефа с плоской обратной поверхностью, или объемная, не позволяющая выполнить одну плоскость разъема, даже криволинейную, то она может быть изготовлена практически из любого материала — металла, дерева, пластмассы, гипса, пластилина и т.д. Это относится и к моделям литниковой системы. В качестве модели можно использовать оригинал, копию которого требуется получить из легкоплавкого сплава. Учитывая инертность гипсовой формовочной массы и отсутствие усилий при изготовлении формы, оригинал может быть изготовлен из любого материала — фарфора, стекла, керамики, гипса, дерева и др. При этом он не будет испорчен.
Модельной плитой может служить ровная деревянная доска, фанера, металлический лист или стекло. Обечайка в зависимости от размеров изготавливается из тонкого металлического листа (фольги), дерева или картона. Для небольших моделей можно использовать пластины из воскообразного материала или пластилина.
4. Последовательность операций при изготовлении отливок.
Изготовление модели отливки и подготовка ее к заливке гипсовой массой. 1. Если требуется воспроизвести уже готовое изделие с плоской обратной стороной, например медаль, значок, барельеф, то моделью служит само изделие из пластилина или воска, тщательно прорабатывая фигуру соответствующими инструментами (ножом, шилом, чеканом и т.д.). Проработанное изделие готово для заливки гипсовой массой.
Первоначально модели заформовывают в песчаноглинистой смеси, в гипсе или в пластине таким образом, чтобы обеспечить разъем будущей гипсовой формы. Если изделие выполнено из воска или пластилина, то при изготовлении фальшивой плиты возможно ее деформирование, поэтому эту операцию проводят очень аккуратно. Рекомендуется первоначально охладить пластичную модель в холодильнике, чтобы она приобрела достаточную твердость. Для предупреждения прилипания фальшивой плиты изделие следует смазать любым растительным или минеральным маслом.
Изготовление гипсовой формы по модели с плоской обратной стороной.
Гипсовую массу лучше приготавливать в резиновой посуде (срезанный резиновый мяч или медицинская спринцовка). Если масса готовится в неэластичной посуде, то после использования ! необходимо промыть, так как затвердевший гипс отделяется с трудом, гипс следует засыпать в воду, а не наоборот. Его должно быть столько, чтобы получилась смесь типа жидкой сметаны, что зависит и от его сорта. Ориентировочно на 1 л воды берется 1,8 — 2,5 кг гипса. Масса должна быть тщательно размешана. Если по каким-то причинам необходимо увеличить время загустевания, то к гипсовой массе добавляется столярный клей (0,1 — 0,2% массы воды), бура (0,35 — 0,5%), борная кислота (1,5 — 2%).
2. Первый слой гипса наносят на модель кисточкой, тщательно прокрашивая все места, чтобы избежать образования воздушных пузырьков. На модельную плиту с окрашенной моделью устанавливают обечайку для предупреждения растекания гипса при заливке модели, пригружают ее и заливают гипсовой массой (рис. 6.1, б). Аналогичным способом получают вторую половину формы --- плоскую гипсовую плиту. Если литниковая система не была заранее выполнена вместе с моделью, то ее обычно прорезают на второй плоской плите. Литниковый канал желательно подводить к той части модели, которую впоследствии легче будет зачистить на отливке. В том случае, если модель имеет вертикальные части, которые будут плохо заполняться из-за затрудненного воздуха, на них должны быть тонкие наколы-выпоры.
3. Через 10 — 15 мин гипс затвердеет и форму снимают с модельной плиты. При затвердевании гипс расширяется и поэтому извлечение модели, особенно если она жесткая, следует проводить сразу же после его схватывания (рис. 1, Г).
Изготовление гипсовой формы по разъемной модели.
1. Первая половина формы по модели, размещенной в фальшивой плите, изготавливается описанным выше способом.
2. После снятия полуформы с фальшивой плиты (модель должна остаться в снятой полуформе) на ее плоскости разъема выполняют не менее двух фиксаторов. Это углубления любой конфигурации с уклонами, обеспечивающие фиксирование двух полуформ. Прорезанные фиксаторы следует, пока форма сырая, так как именно в таком виде гипс легко режется и сверлится.
3. Снятая половина формы помещается в обечайку, смазывается маслом, прокрашивается гипсовой массой, а затем и заливается.
4. После отверждения (.10—15 мин) снимают обечайку и осторожно разъединяют обе половины. Из формы извлекают модель и на плоскости разъема выполняют литниковую систему, как описано выше.
Подготовка формы к заливке. Гипсовые формы выдерживают на воздухе в течение 2 — 3 ч для окончательного затвердевания. Если при затвердевании полуформ получились дефекты в виде отдельных сколов, вырывов, их следует отремонтировать.
2. Перед заделкой дефектов их поверхность следует очистить, смочить водой и на сырую поверхность нанести жидкий состав, тщательно выравнивая его 4ожом или шпателем, не допуская, чтобы
3. Полуформы собирают, скрепив их мягкой проволокой или струбциной, нагревают до температуры, несколько превышающей температуру заливаемого сплава, и выдерживают 1 — 2 ч.
Примечание. Гипсовая форма получается прочной, если гипс замешивают на жидкости, составленной из 4 объемов воды и 1 объема насыщенного раствора буры. Можно использовать и так называемый мраморный гипс. Его получают двумя способами: 1) на 4 части гипса добавляют одну часть буры и, заливая воду, доводит до консистенции жидкой сметаны; 2) гипс замешивают на растворе столярного клея. В воду его добавляют столько, чтобы пальцы лишь слегка склеивались. Все эти добавки увеличивают время затвердевания гипсовой массы.
Плавка и заливка сплава. 1. Расплавляют металл и доводят его до температуры, превышающей температуру плавления на 10 — 15 °С. Замер температуры производится термометром, а при его отсутствии ориентируются на цвет пленки, образующейся на сплаве. Признаком достижения нужной температуры является соломенно-желтый цвет.
2. Температура заливаемой формы зависит от вида отливки. При больших сечениях отливки (более 2 мм) металл можно заливать в холодную, но обязательно просушенную форму, при малых сечениях и большой протяженности отливки форму следует подогреть до температуры, равной половине или одной трети температуры плавления заливаемого металла.
3. Форму заливают спокойной струей без ее разрыва до тех пор, пока металл не покажется в выпорах.
4. При изготовлении очень ажурных изделий со сложным декором прибегают к использованию установки для центробежной заливки металла:
Заливка под давлением.
1. При этом способе торцевая поверхность собранной формы, где располагается вход литниковой чаши, должна быть ровной. Для этого торец в собранной полуформе выравнивается металлическим ножом или напильником. После этого форму следует разобрать и очистить ее поверхность от попавшего в нее гипсового порошка (сдуванием или мягкой тканью).
2. На торец подготовленной к заливке, собранной и скрепленной формы укладываются тонкая резина или несколько слоев кой бумаги (фильтровальной, газетной) с отверстиями под литниковую чашу и юры.
3. После заливки формы на жидкий металл в литниковой чаше кладут кусок черного хлеба, листок влажной бумаги или тряпку и тут же плотно затыкают торец низкой глухой крышкой. От теплоты заливаемого металла образуется пар, который создает давление на клапан центробежной установки. В домашних условиях можно использовать самодельные центрифуги (рис. 6.2).
2. Быстро заливают металл и включают или начинают интенсивно вращать центрифугу в вертикальной плоскости в течение 0,5 — 1 мин, соблюдая при этом необходимые меры предосторожности. Под действием центробежных сил на отливке получается четкий отпечаток.
Литье по выплавляемым моделям. 1. Модель изготавливают из пчелиного воска или воскообразных материалов. Она может быть литая по имеющемуся образцу и изготавливаемая в той же гипсовой пресс-форме, резная или лепная авторская. К модели припаивают элементы литниковой системы или втыкают в нее проволоку диаметром 2 — 3 мм с таким расчетом, чтобы ее можно было впоследствии извлечь из гипсовой формы.
2. По модели получают гипсовую форму.
3. Зачищают гипсовую форму таким образом, чтобы торцы литниковой системы (чаши и выпоров) были открыты. При наличии металлических проволок их извлекают и вырезают литниковую чашу.
4. Просушенную форму погружают в кипящую воду и выдерживают в ней до полного расплавления и вытекания воскообразного состава. Литниковая сис¬ема должна быть выполнена так, чтобы из всех ниш модели воскообразный состав мог всплыть на поверхность.
5. Дальнейшие операции были рассмотрены выше.
Отливка колец и перстней с орнаментом. Художник И. Малаховский рекомендует следующую технологию изготовления авторских ювелирных изделий.
В пробирке диаметром 18 — 20 мм по размеру пальца). Если не удается гарантированно проработать все детали кольца на дели, это можно сделать в последствии чеканкой изделия.
2. Окрашивают модель гипсовой массой. Далее наращивают гипсовую массу с таким расчетом, чтобы изображение на перстне было внизу, а литейная воронка наверху (рис. 6.3, а).
3. После отверждения гипса форму помещают в теплую воду. Пластилин размягчается и пробирку легко извлекут. Через отверстие, образованное пробиркой, изогнутым стержнем уголком извлекают пластилиновую модель.
4. Стеклянную пробирку обертывают мокрой бумагой, бумажную трубку снимают по пробирке и заливают в нее гипс. После его затвердевания получается гипсовый стержень (рис. 6.3, б).
5. Гипсовый стержень под струей воды вставляют в отверстие формы, слегка поворачивая в обе стороны для притирки.
6. В форме просверливают стояк, споры и разделывают литниковую игу. Затем ее разбирают, промывают от остатков гипса, попавшего при свертывании, вновь собирают и заделывают псом щели между формой и стержнем (рис. 6.3, в).
7. После сушки и нагрева форму заформовывают одним из приведенных способов. Такие ювелирные изделия можно также изготавливать по выплавляемым моделям.
Схема изготовления перстня: 1 гипсовая форма; 2 — пробирка; 3 — пластилиновая модель; 4 — бумажная трубка; 5 —гипсовый стержень; 6 — выпоры; 7 — литниковая чаша; 8 — выпоры.
Финишные операции.
1. После отверждения форму опускают в воду. Размокший гипс легко удаляется. Отливку очищают, отделяют остатки литниковой системы и обрабатывают чеканами, шаберами, напильником. Дефекты исправляют с помощью паяльника.
12. Полированную поверхность следует !защитить пассивированием или покрыть бесцветным лаком. При желании отливку можно отделать под серебро, омеднить или осеребрить с нанесением соответствующей патины.
Итальянская фирма «Mario di 'I Maio» предложила процесс получения отливок в эластичных органических полимерных формах, которые назвали резиновыми формами. Для этого процесса фирмой выпускаются диски из эластичного материала, вулканизационный пресс и центробежная установка. Путь процесса состоит в следующем, резиновый диск укладывают мастер модель, поверхность диска покрывают разделительным составом и накрывают эластичным диском. Такой "бутерброд" подают в термостат и проводят вулканизацию под прессом. После этого диски разбирают, в них прорезают литниковую систему. Обычно этим способом получают небольшие отливки из свинца и оловянистых сплавов. На диске по периферии размещают до 10 мастер моделей. В центре верхнего диска выполняют литниковую воронку .