В настоящее время имеются различные способы литья, которые позволяют отливать изделия различных размеров и веса – от нескольких граммов драгоценного металла в ювелирном деле до крупных статуй и памятников из чугуна и бронзы.

В области производства художественных изделий применяют такие способы литья, как центробежное литье, литье под давлением, в постоянные металлические формы, в оболочковые формы, в земляные формы, по выплавленным моделям.

Литье в земляные формы

Одним из древнейших способов литья, который не утратил значения и в наши дни является литье в земляные формы.

Процесс получения отливки этим способом заключается в том, что по модели или по шаблону из формовочной земли изготовляют литейную форму, которую заливают расплавленным металлом.

При извлечении готовой отливки форма разрушается и для следующей отливки процесс изготовления формы повторяется вновь, т.е. каждая форма служит только один раз.

Модели для приготовления литейных форм представляют собой копии авторского оригинала. Они изготовляются из гипса, дерева, пластмасс или металла в зависимости от тиража.

Гипсовые модели применяются для уникальных отливок или небольших серий, так как при формовке они быстро разрушаются. Чтобы увеличить прочность, их покрывают лаком.

Модели деревянные долговечнее, но от сырой земли они деформируются, коробятся и разбухают. Высыхая, они уменьшаются в размерах и растрескиваются.

Для упрочения деревянных моделей их красят и покрывают водонепроницаемым лаком.

Модели из пластмасс имеют гладкие и чистые поверхности, небольшой вес, водоустойчивость. Но они недостаточно прочны и не выдерживают больших тиражей.

Наиболее прочны и долговечны металлические модели из бронзы, чугуна, алюминия. Наиболее экономичны алюминиевые.

Они легче по весу, не ржавеют, достаточно долговечны.

Модель по размеру обычно делают несколько больше оригинала на величину линейной усадки, чтобы отлитое по ней изделие после усадки соответствовало размерам оригинала или чертежа.

При изготовлении модели учитывают также последующую механическую обработку отливки, поэтому она должна иметь припуск на обработку. Простые модели, цельные, например, модель невысокого барельефа, т.е. изделие, на поверхности которого нет поднутрений и выступов, которые мешали бы снятию формы.

При отливке более сложных по конфигурации изделий применяют разъемные модели, а также модели с отъемными частями. Такие модели изготовляют разрезанными на две более или менее равные части в соответствии с линией разъема опок.

Обе половинки соединяются между собой шипами, плотно входящими в соответствующие гнезда на другой половине модели.

При формовке каждая часть модели извлекается из формы отдельно, чем существенно облегчает процесс формовки.

При отливке изделий с выступающими частями все детали, которые мешают извлечению модели из формы, делаются съемными. В начале формовки модель собирается, при этом все съемные детали закрепляются на ней при помощи специальных шипов, шпилек, винтов и т.п., а после того, как модель заформована, крепежные детали удаляются и модель беспрепятственно извлекают из формы.

При этом отъемные части остаются в форме, потом их вынимают, каждую отдельно.

Модели для пустотелых отливок имеют на боковых стенках специальные выступы – знаки.

При формовке эти выступы-знаки образуют в форме углубления – отпечатки, на которые укладываются песчаные стержни, служащие для образования внутренней полости в отливке. Стержни изготавливают отдельно в стержневых ящиках, которые делают разъемными для удобства извлечения готовых стержней.

Стержни сушатся в сушильных печах, а затем их укладывают в готовую литейную форму. Для малых серий стержневые ящики делают из гипса или дерева, а для массового отлива – из металла.

Формовочная земля служит для изготовления форм и стержней. Она состоит из смеси песка и глины.

При формовке сложных, крупных художественных изделий применяют формовочные смеси, в которых глины содержится до 25 процентов. При формовке простого мелкого литья используют до 12 процентов глины. Формовочная смесь имеет важное значение для качества отливки.

Смеси тщательно составляют, испытывают их свойства, из которых наиболее важными являются пластичность – способность смеси давать точные отпечатки модели; газопроницаемость – способность смеси пропускать пары и газы через стенки формы; податливость – способность смеси не препятствовать усадке металла при затвердении, т.е. немного уменьшаться в размерах.

Смеси должны быть огнеупорными, давать возможность отливке медленно и равномерно остывать, исключая образование корки, которую называют закалкой.

Формы в основном изготавливаются из наполнительной смеси. Небольшой слой, непосредственно прилегающей к поверхности модели, изготовляют из облицовочной смеси, которая должна обладать пластичностью, прочностью, газопроницаемостью, огнеупорностью, податливостью и малой теплопроводностью.

От ее свойств зависит в основном качество отливки. Иногда в качестве формовочных смесей используют природные земли. Такая земля представляет большую ценность.

Изготовление земляных форм производится в специальных металлических рамках – опоках. Опоки обеспечивают земляной форме прочность при переноске и заливке ее металлом.

Обычно форму приготовляют в двух опоках, плотно соединенных между собой штырями, однако для формовки более сложных изделий могут использовать три-четыре опоки.

Опоки могут быть ручными, т.е. предназначаться для обычного литья и крановые, которые отличаются большой толщиной стенок, большими размерами и приспособлениями для подъема их краном. Они предназначены для отливки памятников, крупных фигур и т.п.

Наиболее удобны сварные ручные опоки из фасонной стали, или опоки, литые из алюминий и чугуна.

Крановые опоки отливают из чугуна. Они снабжены специальными ребрами для лучшего удержания формовочной смеси, которые можно переставлять в зависимости от размера модели. Для приготовления форм применяют также сита, лопаты, совки, трамбовки для уплотнения смеси, счищался, душники для наколки газовых каналов, деревянные молотки для набивки кусковых форм, гладилки, ланцеты (для приглаживания и исправления форм, иголки для отъема кусков и т.д.

Чтобы к модели смесь не прилипала, ее опыливают толченым древесным углем или графитом.

Чтобы металл не пригорал к форме, перед заливкой ее внутреннюю поверхность покрывают сажей – коптят, или окрашивают специальными формочными красками, которые состоят из угольной пыли или графита, размешанного в воде.

Процесс изготовления формы, или формовка, заключается в следующем: модель кладут в опоку, установленную на подмодельную доску, и припыливают ее угольным порошком. Затем через сито насевают облицовочную смесь слоем до 30 мм. После этого опоку до краев заполняют наполнительной смесью.

Смесь насыпают слоями и уплотняют трамбовкой. Излишек земли удаляют счищалкой и душником накалывают каналы для выхода газов.

Затем опоку переворачивают и на нее устанавливают другую, в которую укладывают модели литника и выпора, чтобы в форму образовались два канала – один для заливки ее металлом, а другой – для отвода газов – выпор, представляющий собой брусок небольшого сечения.

После этого модели припыливают и вторую опоку так же, как и первую, заполняют формовочной смесью и уплотняют.

Верхнюю опоку снимают и из формы осторожно извлекают модель. Одновременно при помощи пинцета прорезают питатель – узкий канал, соединяющий полость формы с литником. Для получения пустотелых отливок в форме устанавливается заранее изготовленный и высушенный стержень. После этого форма закрывается и заливается расплавленным металлом.

Сложным и трудоемким процессом литья является кусковая формовка скульптурного литья – бюстов, фигур и т.д. Сущность кусковой формовки заключается в том, что вся форма составляется из отдельных кусков, которые потом объединяются двумя раковинами, размещенными в верхней и нижней опоках, что позволяет вынуть модель из готовой формы, не повредив ее, так как при этом каждый кусок формы снимается с модели отдельно.