2. Литье как основной элемент изготовления сложнопрофильных ювелирных украшений
Способы изготовления художественных изделий из металлов весьма многообразны, а технология их производства может быть как простой, так и достаточно сложной.
Ювелирные украшения (кольца, серьги, броши и пр.) можно получать как методами литья заготовки с последующими штамповкой, отделкой и покрытием, так и только литьем с дальнейшей полировкой и эмалированием. Предметы сервировки стола получают из литой заготовки, прокаткой листа с последующей штамповкой, правкой и гальваническим покрытием. Изделия для украшения интерьера (вазы, шкатулки, фигурки и пр.) получают как точным литьем с последующими отделочными операциями, так и литьем заготовки с дальнейшей термообработкой, ковкой и отделочными операциями, например оксидированием.
Единственно возможным методом изготовления и тиражирования сложнопрофильных ювелирных и орнаментных изделий являются точные способы литья в разовые (разрушающиеся) формы, заполняемые литейными сплавами с принудительной заливкой, потому что при других технологиях, например ковке или штамповке, сложнопрофильные изделия невозможно извлечь из штампов и пресс-форм, применяемых в этих процессах.
К точным способам литья можно отнести литье по выплавляемым или выжигаемым моделям, литье в керамические формы, литье в гипсовые формы и литье в резиновые формы. Последний метод применяется для художественных украшений, изготовляемых из сплавов, температура плавления которых не превышает 400–450 °C.
Таким образом, мы видим, что любой технологический процесс, как простой, так и сложный, начинается с получения литой заготовки или непосредственно ювелирного изделия. Сложнопрофильные отливки можно получать только литьем. Кроме того, литые изделия могут имитировать любую технику исполнения (монтировку, филигрань и т. д.)
Поэтому в дальнейшем будут рассмотрены деформированные и литейные сплавы на медной, алюминиевой, цинковой основах и сплавы драгоценных металлов, применяемые в ювелирном деле. Будет рассказано об особенностях их выплавки и термической обработки.
Наиболее универсальным способом получения ювелирных изделий служит метод литья по выплавляемым моделям (ЛПВМ). Он является развитием применявшегося с древних времен способа изготовления литых художественных и ювелирных изделий по восковым моделям. Советские археологи установили, что искусством литья бронзы по восковым моделям хорошо владели наши предки скифы, населявшие более 2500 лет тому назад Среднее Приднепровье, берега Черного и Азовского морей, Алтай и другие местности.
Рис. 2.1. Процесс изготовления украшений по восковой форме: а – на огнеупорную поверхность нанесен сдой воска; б – воску придана форма будущей отливки; в – на плоскость восковой модели наложены валики из воска; г – на воск острием инструмента нанесен орнамент, в ушко продет стержень – восковая модель готова; д – восковая модель залита жидкой глиной; е – воск выплавлен, на его место залит металл; ж – готовая отливка (застежкα-лунница).
Позже, в Древней Руси, медное, бронзовое и серебряное литье по восковым моделям производилось в большом количестве. Например, еще в VI–VII вв. и даже раньше литейщики, жившими в районе Днепра, отливали по восковым моделям различные украшения (подвески, височные кольца, браслеты, пряжки и др.). Ажурные литые изделия были недавно обнаружены при раскопках на Кавказе (в городе Гори и др.).
Процесс отливки украшений, применявшийся в те времена (восстановленный Б. А. Рыбаковым), показан на рис. 2.1. Применение восковых моделей подтверждается сложностью отливок, диктующих необходимость разрушения формы для извлечения отливки, тонким орнаментом на поверхности, как бы вырезанным резцом и, в особенности, отпечатками пальцев мастера, лепившего восковую модель, обнаруженными на некоторых литых изделиях.
В совершенстве технология литья по выплавляемым моделям была разработана в 1950-х гг. Характерно, что этому расцвету литья способствовали новые формовочные массы на основе этилсиликата, кристобалита, гипса, специальных резин и синтетических восков.
Суть технологического процесса литья по выплавляемым моделям
В пресс-формах изготавливают модели из воскоподобных материалов (наиболее распространенный вариант техпроцесса) и их компонуют в блоки моделей с литниковой системой. Затем приготовляют суспензию, состоящую из кремнийорганического жидкого связующего и пылевидного огнеупора. Суспензия послойно наносится на блок моделей. Обсыпается зернистым огнеупором и отверждается. Число слоев определяется массой блока и колеблется от 3 до 15. Из полученной формы нагревом удаляют модельный состав, затем ее прокаливают при 800—1000 °C и в горячем состоянии заливают металлом. Отливки отделяют от литниковой системы, очищают в щелочной среде, термически обрабатывают и передают на окончательную отделку, включающую шлифовку, полировку, гальванические покрытия, эмалирование, чернение и пр. (материалы для эмалирования и чернения приведены в Приложении). Приведенный технологический процесс применяется для отливок из металлов и сплавов, температура плавления которых превышает 1100 °C, или для художественных отливок большой массы.
Ювелирные отливки из сплавов на медной, алюминиевой, цинковой основах, а также из серебра и золота выполняются эстрих-процессом, где операции проводят в несколько другой последовательности и применяют другие материалы. Пресс-формы, в которых изготовляют модели из воскоподобных материалов, выполняются из ласила, виксинта или резины. После того как изготовлены модели и получены блоки, их помещают в трубчатые опоки и заливают суспензией, состоящей из огнеупорных материалов (динаса или кристобалита), гипса и воды. После отвердения суспезии опоки помещают в муфельную печь и производят выплавку модельного состава. Затем форму прокаливают при 750–800 °C и заливают расплавленным металлом. Дальнейшие операции выполняются по приведенной выше технологии, за исключением выщелачивания. Удаление формовочной массы производится под струей воды (вспомогательные материалы, используемые при литье по выплавляемым моделям для сплавов с температурой плавления свыше 1100 °C и литье эстрих-процессом, приведены в Приложении).
В нашей стране этот вид литья получил развитие в 1968 г. Тогда были произведены закупки оборудования в ФРГ и Италии. Технология стала высокопроизводительной и экономичной, благодаря чему ювелирные изделия подешевели.
В производстве ювелирных изделий выделяют ручное, точное литье, прокатку в вальцах, штамповку и механическую обработку.
Точное литье по выплавляемым моделям позволяет существенно удешевить производство, копировать и тиражировать ювелирные изделия в любом количестве. Кроме того, механической обработки требуется меньше, и себестоимость изделия в целом оказывается значительно ниже, чем при использовании любого другого метода литья. Все это дает возможность быстро реагировать на изменение рыночной ситуации и обеспечивает литейным ювелирным изделиям большую конкурентоспособность. Поэтому возникает потребность механизации ювелирного дела – от ручной сборки до тиража, выполняемого точным литьем. Кроме того, необходимо специализировать технологические процессы изготовления ювелирных изделий и оснастить рабочие места специализированным оборудованием.
В наше время Россия в числе передовых стран – таких, как Италия, Германия, США, Израиль и Турция, – занимает одно из ведущих мест по производству ювелирной продукции.