Лекция 28
Технологии гравирования и чернения
1. Гравирование. Сущность процесса.
2. Штихели.
3. Технология и рабочие приемы гравирования.
4. Чернение. Сущность метода, основные понятия.
5. Подготовка к чернению. Технология нанесения и прокаливания черни
Гравирование является одним из древнейших способов художественной обработки металлов. Сущность его заключается в нанесении на поверхность твердых материалов надписей, рисунков, узоров режущими граверными инструментами. Основным инструментом при гравировании является штихель. Форма режущей части штихеля является наиболее типичной формой клина, снимающего стружку, и все, что было сказано выше о действии клина, полностью относится и к штихелю. Нажимом руки его перемещают по изделию. Лезвие штихеля врезается при этом в металл и оставляет в нем бороздку равномерной глубины. Металлическая стружка отводится в сторону. Прямая нижняя грань штихеля на переднем конце слегка изогнута для того, чтобы инструмент можно было держать под достаточно большим углом к поверхности. В противном случае штихель будет глубоко врезаться в металл, и действовать как разрезающий клин. Постоянная работа со штихелем вырабатывает чувство правильного наклонного положения его при работе, что дает возможность получать оптимальную глубину резания. Штихели обычно изготавливают из высококачественной, инструментальной стали. Для обработки твердых материалов применяются штихели из быстрорежущей стали или с напаянными твердосплавными режущими кромками.
Различают следующие виды штихелей (рис. 2.4.9).
1. Остроконечные штихели. Такие штихели бывают: узкие (рис. 2.4.9, а) и широкие (рис. 2.4.9, б). Боковые грани этих штихелей слегка выпуклые, в то время как спинка в большинстве случаев плоская. Ширина спинки может составлять 1–4 мм, что дает возможность изменить угол резания между боковыми гранями. Остроконечным штихелем пользуются при написании шрифтов, так как благодаря регулированию глубины реза появляется возможность изменять ширину канавки. Если штихель держать при работе наклонно, то получается блестящая поверхность реза.
2. Мессерштихель. Поперечное сечение мессерштихеля (рис. 2.4.9, в) соответствует остроугольному треугольнику. Мессерштихелем можно выполнять волосные линии большой глубины.
3. Фасочный штихель. Боковые грани этого штихеля (рис. 2.4.9, г) параллельны, а собственно режущие грани сходятся под углом 100°. Ширина спинки составляет от 1,5 до 3 мм, что дает возможность получать относительно широкие риски небольшой глубины.
Рис. 2.4.9. Виды штихелей: а – узкий шпицштихель; б – широкий шпицштихель; в – мессерштихель; г – фасочный; д – юстирштихель; е – фляхштихель с широкой спинкой; ж – фляхштихель с узкой спинкой; з – болштихель с широкой спинкой; и – болштихель с узкой спинкой; к – фаденштихель
4. Юстирштихель. Выпуклые боковые поверхности штихеля (рис. 2.4.9, д), пересекаясь, образуют остроовальное поперечное сечение. Этот штихель используется обычно для подгонки оправы с целью обеспечения надежной опоры для камня. Его режущая грань затачивается наклонно к продольной оси, чтобы получить оптимальный режущий угол между этой гранью (носком) и боковыми поверхностями.
5. Фляхштихель. Спинка и задняя грань фляхштихелей (рис. 2.4.9, е, ж) всегда параллельны друг другу. В зависимости от угла между боковыми гранями спинка может быть уже или шире задней грани. Ширина режущей кромки может находиться в пределах от 0,2 до 5 мм. Фляхштихелем пользуются не только для получения широких и плоских углублений, но и для чистовой обработки ювелирных изделий.
6. Болштихель. Как и у фляхштихеля, задняя поверхность болштихелей (рис. 2.4.9, з, и) может быть уже или шире спинки, но она всегда имеет полукруглую форму. Ширина ее может изменяться в пределах от 0,1 до 5 мм. Болштихель применяют для шрифтовых надписей и для чистовой обработки, изделий.
7. Фаденштихель. По своей форме фаденштихель (рис. 2.4.9, к) сходен с фляхштихелем. На его задней грани и режущей кромке находятся острые выступы. При гравировке эти выступы оставляют на поверхности изделия параллельные штрихи, которые придают этой поверхности декоративный вид и оживляют ее.
8. Шпицштихель. Служит для гравирования контура рисунка, нанесения четких глубоких линий, сильных штрихов, подрезки углов в штифтовых работах.
9. Фасетштихель. Используется для проведения точных широких и неглубоких линий, выполнения узоров и чистовой обработки рисунка.
Для изготовления штихеля от профильного прутка отрезают необходимой длины заготовку и насаживают ее на ручку. Ручка должна быть максимально короткой. В процессе заточки при эксплуатации штихеля он укорачивается. При этом его ручку нужно заменить более длинной с тем расчетом, чтобы вся длина штихеля оставалась прежней. Общая длина штихеля всегда должна быть такой, чтобы им было удобно работать.
Заточку и правку инструмента рассмотрим на примере шпицштихеля (рис. 2.4.9). На шлифовальном круге со стороны спинки выбирают продолговатый аншлиф (заточку), а нижнее ребро полого подтачивают вверх. При этом нижний кант с острыми углами притупляется. На образовавшемся у вершины штихеля основании затачивают боковые задние грани штихеля. Последние простираются до аншлифа спинки и затачиваются шире к вершине. На передней грани штихеля между режущей кромкой и аншлифом образуется площадка (носок). Она должна быть как можно меньше для того, чтобы был лучший обзор места реза. Угол наклона ее к режущей кромке должен составлять от 30 до 60°, в зависимости от твердости обрабатываемого материала. Окончательно эта площадка доводится на оселке, при этом штихель равномерно водят назад и вперед без переворачивания до получения абсолютно плоской и гладкой поверхности. Режущие поверхности подвергают полировке на шлифовальной бумаге сначала круговым, а затем поперечным движениями. Сильный блеск режущих граней можно получить, если полировку осуществлять корундовым порошком на жесткой коже.
Лишь в редких случаях можно удерживать изделие, предназначенное для гравирования, рукой. Как правило, его укрепляют на киттштоке или в зажимном приспособлении (шрабкугеле). Для зажима колец и частей столовых приборов разработано много различных приспособлений, в которых предметы надежно удерживаются и из которых затем легко вынимаются.
Различают ручное и механизированное гравирование. При изготовлении ювелирных украшений применяется, как правило, ручное плоскостное (двухмерное) гравирование.
Обучение гравированию начинают нанесения хотя бы одним (определенного назначения) штихелем прямые одинаковой толщины линии. После освоением нарезания прямых линий приступают к гравированию штриховых, пересекающихся, ломаных, волнистых линий, прорезанию букв, цифр, простых фигурок и т. д. Упражнения эти надо проводят на медных или латунных пластинках толщиной 1,5–2 мм, размерами 40X40 мм. Процесс гравирования состоит как бы из двух этапов: подготовительного и непосредственной гравировки. Подготовительный этап включает в себя главным образом нанесение на изделие рисунка и предусматривает покрытие поверхности изделия тонким слоем белой акварельной краски или гуаши. Рисунок наносит сам гравер. Несложный – от руки остро заточенным карандашом по высохшей краске. Сложный – сначала прорисовывается в натуральную величину на бумаге, а затем приемом обычной копировки переносится на окрашенную поверхность изделия. Очень сложный рисунок для сохранения покрывают нитролаком. Нередко рисунок на изделие наносят обычным карандашом, а чтобы он не стерся, его затем прорезают разметочной чертилкой. Когда рисунок готов, приступают к гравированию. В правую руку берут штихель так, чтобы ручка тыльной стороной упиралась в ладонь, в левой руке держат приспособление с закрепленным в нем изделием. На поверхности изделия штихель удерживается большим и указательным пальцами. Сила давления штихеля на металл регулируется большим пальцем правой руки, который может упираться в большой или средний палец левой руки. Прорезание линий начинают от вершины угла при легком нажатии на штихель равномерными движениями взад–вперед. Пальцы левой руки регулируют направление гравирования, меняя, когда необходимо, положение изделия. Гравирование бывает под глянец, под чернение и под эмаль. Гравирование под глянец выполняют в основном с применением фасетштихеля. При этом весь рисунок должен быть сделан особенно четко, иметь безукоризненное штриховое оформление. Линии для исключения образования ступеней прорезают одним движением, без отрыва штихеля от метала. Срез должен быть зеркальным. Подрезку (опускание) фона выполняют шпицштихелем, штриховую фоновую обработку – мессерштихелем. Гравирование под чернение и эмаль требует сохранения некоторой повышенной шероховатости выгравированной поверхности, так как это в дальнейшем облегчает процесс нанесения черни и эмали. Гравирование ведут шпицштихелем малыми штрихами, постепенно углубляя и выравнивая места среза.
Механизированное гравирование применяется при массовом производстве изделий и выполняется с применением гильоширных, гравировально–копировальных, рельефно–копировальных машин. Сложно переплетенные из тонких линий изображения типа сетки легко вычерчивает на поверхности изделия гильоширная машина. Способом гильоширования наносят рисунки на корпуса часов, медальоны, декоративные шкатулки, отдельные предметы сервировки стола, вазы, кубки и другие предметы украшения интерьера; очень часто на гильошированную поверхность наносится прозрачная эмаль, выгодно подчеркивая элегантность и тонкость рисунка, исполненного гиль. На гравировально–копировальной машине можно производить не только гравирование плоскостное, но и на заданную глубину. На более сложной копировальной машине (пантографе) можно пропорционально уменьшать формы рисунка и воспроизводить на изделиях фигурные и портретные композиции в уменьшенном размере. Рельефно–гравировальная машина дает возможность получать плоское светотеневое изображение на металле.
К механизированному виду гравирования относится также и гравирование с помощью бормашинки и набора фрез (самой различной конструкции). Применяется этот способ при гравировании отдельных слов, букв, поздравительных надписей.
Суть чернения заключается в том, что черная смесь серебра–меди–свинца–серы, называемая чернью, при прокаливании вплавляется в углубления, выгравированные в основном металле изделия, и образует плоский цветовой контраст.
Основной металл и его подготовка. Чернению подвергаются преимущественно сплавы серебра, так как на серебре получается сильный цветовой контраст. Иногда в качестве основы используются сплавы золота. На меди, латуни, нейзильбере чернь не держится, а крошится и отслаивается. При нанесении черни в основном металле прорезаются плоские канавки глубиной до 0,3 мм. Эти углубления могут быть получены гравированием, чеканкой, травлением, вырубкой зубилом или тиснением штампами. Можно также к выпиленным лобзиком пластинам припаять снизу тонколистовой металл, а промежуточное пространство в полученных углублениях заполнить сплавом черни.
При изготовлении черни одна часть серебра и две части меди сплавляют под слоем буры. Одновременно расплавляют в стальном ковше три части свинца, медленно выливают его в расплав серебра и меди и тщательно перемешивают. Высокий тигель, наполненный желтой порошкообразной серой, предварительно нагревают и в него выливают полученный трехкомпонентный расплав, непрерывно помешивая. Тигель в течение некоторого времени выдерживают нагретым до такой степени, чтобы смесь оставалась жидкой. Благодаря этому серебро и медь образуют черные, хрупкие сернистые соединения Ag2S и Cu2S. Далее смесь выливают в воду. Полученная чернь должна быть твердой и хрупкой, как стекло; если ее куски можно еще сгибать или ковать, необходимо снова произвести переплавку. Так как из–за перегрева и слишком длительного процесса плавки частицы серы выгорают, следует температуру и время повторной плавки выдерживать не больше, чем это необходимо, добавляя в случае надобности серу. В качестве флюсующей жидкости используется раствор нашатырного спирта. Этот раствор вместе с кусками черни помещают в фарфоровую ступку и растирают до получения мелкозернистого порошка.
При нанесении и прокаливании черни канавки в изделии должны быть очищены от следов жира, окисных пленок и иметь блестящую поверхность. С помощью кисточки или шпателя канавки и углубления, наполняют влажной, мелкозернистой нашатырно–черневой смесью и плотно утрамбовывают небольшим шпателем. Выемки должны быть заполнены с избытком, выше кромок рисунка. Когда вода полностью испарится, изделие помещают в электрическую муфельную печь. Нашатырь распространяется по нанесенной шихте черни в виде белого налета. При нагревании изделия до определенной температуры чернь расплавляется и заполняет выемки рисунка, покрывая предмет. После этого изделие немедленно вынимают из печи,так как перегрев приводит к выгоранию серы и слой получается не гладким, а пористым и губчатым. Если расплавившаяся чернь не заполнила полностью гравюру, то на пустые места добавляют шихты и снова нагревают изделие.
Для отделки черненых изделий выступающую над поверхностью изделия чернь удаляют напильником с грубой насечкой. Если при этом обнаруживаются неровности или поры, то делается добавка смеси черни и прокаливание производится еще раз. Окончательная доводка изделия выполняется так же, как и при обычном изготовлении предметов из серебра. Производится травление, очистка наждаком, шлифование и полирование. Необходимо учесть, что тигли, инструменты и отходы черни содержат свинец и серу и поэтому должны храниться отдельно, так же как остатки мягких припоев.