Способы художественной обработки метал

Художественная обработка металла

Одним из самых древних видов народного искусства считается декоративная обработка металлов. Этот народный промысел использовался для изготовления и отделки предметов домашнего обихода, орудий труда и украшений.

Мы живем в стремительном XXI веке, когда прогресс проникает в каждую сферу человеческой деятельности. Электронные технологии и автоматизация развивается головокружительными темпами. Несмотря на это, ручная художественная обработка металла по-прежнему остается востребованной разновидностью ремесел.

Элементы и сплавы, используемые в работе

Каждый мастер, занимающийся этим делом на профессиональном уровне, должен в совершенстве знать все разновидности и особенности профильного сырья. Работа выполняется с применением черных и цветных металлов.

В основном используются следующие виды материалов:

Сталь с повышенным содержанием углерода. Сплав на базе железа практически не имеет посторонних примесей. Он отличается особой твердостью наружного слоя, сочетающейся с внутренней упругостью. Легко поддается резке и технологическим деформациям при нагревании.

Медь. Легко обрабатываемый коррозионностойкий элемент с красноватым оттенком. Высокой тепло- и электропроводностью, пластичностью обусловлено широкое распространение металла при изготовлении различных сувениров методом художественной обработки металла.

Латунь и бронза. Эти сплавы на основе меди применяются для создания инкрустированных изделий и чеканки.

Цинк. Металл имеет белый цвет, слегка отдающий синевой. Легко паяется, поэтому художники-граверы нередко пользуются им для получения отчеканенных рисунков, литья миниатюрных скульптур.

Свинец. Ядовитый металл. В промышленности используется в качестве составляющей легкоплавких сплавов, которые в свою очередь идут на декоративное литье.

Также для инкрустации применяют серебро, олово и алюминий.

Виды механических воздействий

Суть художественной обработки металла заключается в выполнении ряда технологических операций, ведущих к изменению физического состояния материалов.

Метод по всем параметрам отличается от производства промышленным способом. Он открывает возможность получать не просто безликую штампованную посуду, а утварь или предметы интерьера, несущие эстетическую составляющую. Продукция, изготавливаемая мастерами вручную, обладает ярко выраженной индивидуальностью и поэтической выразительностью.

К видам художественной обработки металла относят:

Литье

Этот древнейший метод предполагает заливку расплавленного металла в специально подготовленные формы. Он позволяет получать сложные элегантные изделия, приближенные по внешнему виду к скульптурам. С мраморными или гипсовыми статуями их объединяет удивительная точность передачи мельчайших деталей.

Когда предстоит создать особо причудливые или многогранные композиции, готовится несколько отливочных песчаных форм, впоследствии соединяющихся между собой. Для выплавки используют профессиональные печи. По окончании работ формы остужают, зачищают и отшлифовывают.

Ковка

Наряду с литьем считается одним из самых древних способов художественной обработки металла. Подготовленная заготовка подвергается деформации при помощи кузнечных молотов. Различают горячую и холодную ковку. Популярнее и эффективнее считается первый вариант. Он больше подходит при работе с малоуглеродистыми сталями.

Драгоценные металлы хорошо куются холодным методом. Под ударами молотка серебро или золото, а также медь меняют свою форму. Пропадает пластичность, вследствие чего плотность увеличивается. Этот процесс называет нагартовкой. Сразу за ним проводится такой этап, как отжиг, сопровождающийся рекристаллизацией.

Чеканка

Под этим типом художественной обработки металла подразумевается создание рельефного изображения на поверхности материала, без изменения его толщины. На металлические объекты оказывается точечное давление посредством чеканов, пуансонов и других профессиональных инструментов. В результате многократных ударов образуется рисунок, каждый мельчайший элемент которого повторяет форму наконечника молоточка.

Чеканы существенно различаются между собой. Опытные мастера используют целые группы фигурных приспособлений, начиная от канфарников и заканчивая цировками.

Металлопластика

Такая художественная обработка металла по внешнему результату довольно схожа с обычной чеканкой. Отличия кроются в самом процессе создания рисунка, и прежде всего в толщине применяемых жестяных листов. Выбираются совсем тонкие металлические пластины (не более 0,5 мм). Они напоминают фольгу, выпрямленную из рулонов. Используются специальные стеки, напоминающие инструменты скульптора.

В общих чертах рабочий процесс состоит из следующих этапов:

Отжиг заготовки (кроме оловянных). Лента нагревается аккуратно до появления слегка бурого каления. Затем болванка медленно охлаждается.

Предварительно подготовленный, сохраненный на кальку в зеркальном отображении бумажный рисунок переводится на обработанный материал. После процедуры отжига на нем образуется оксидный слой, который отлично воспринимает изображение.

Контуры обводятся стекой. В качестве подложки чаще всего применяют кусок ровного линолеума. Пластинку с наброском переносят на стеклянный стол, где выравнивается фон, наводятся вспомогательные линии.

С помощью металлопластики можно декорировать элементы мебели, деревянные предметы интерьера, двери и т.д.

Гравирование и травление

Широко распространенный прием художественной обработки металла. Линейная картинка либо рельефный эскиз наносится при помощи особого резца. Работа выполняется плоскостным либо обронным методами. Их еще называют соответственно двухмерным и трехмерным.

В первом случае декорируется поверхность готового изделия. Это могут быть изображения, памятные надписи, орнаменты. Объемная гравировка состоит в формировании рельефа или даже отдельной фигурки.

Кроме того, к этому типу художественной обработки металла специалисты относят и травление. Различают химический и гальванический вариант. Электрический способ считается менее токсичным. При использовании кислотной или щелочной ванны необходимые сектора на изделии заранее покрываются сверхстойким лаком, который невосприимчив к действию агрессивных веществ. Незащищенные участки выедаются, образуя заданный узор.

Существуют и более сложные, специфические способы художественной обработки металла, к которым относят филигрань и эмалирование. Работы по созданию скани проводятся исключительно высококвалифицированными художниками и ювелирами.

Покрытие металла эмалью – это недорогой метод эффективного преображения посуды и предметов. Слоем расплавленного стекла со специальными свойствами покрывается поверхность меди, серебра либо других драгметаллов. В настоящее время разноцветные полуфабрикаты эмали в виде брикетов или порошков выпускаются на промышленных предприятиях.

Источник

Обработка металла

Металлы и их сплавы издавна используются человеком для изготовления инструментов и оружия, украшений и ритуальных предметов, домашней утвари и деталей механизмов.

Чтобы превратить металлические слитки в деталь или изделие, их требуется обработать, или изменить их форму, размеры и физико-химические свойства. За несколько тысячелетий было разработано и отлажено множество способов обработки металлов.

Особенности обработки металла

Многочисленные виды металлообработки можно отнести к одной из больших групп:

• механическая (обработка резанием);
• литье;
• термическая;
• давлением;
• сварка;
• электрическая;
• химическая.

Литье — один из самых древних способов. Он заключается в расплавлении металла и розливе его в подготовленную форму, повторяющую конфигурацию будущего изделия. Этим способом получают прочные отливки самых разных размеров и форм.

Про другие виды обработки будет рассказано ниже.

Сварка

Сварка также известна человеку издревле, но большинство методов были разработаны в последнее столетие. Сущность сварки заключается в соединении нагретых до температуры пластичности или до температуры плавления кромок двух деталей в единое неразъемное целое.

В зависимости от способа нагрева металла различают несколько групп сварочных технологий:

• Химическая. Металл нагревают выделяемым в ходе химической реакции теплом. Термитную сварку широко применяют в труднодоступных местах, где невозможно подвести электричество или подтащить газовые баллоны, в том числе под водой.
• Газовая. Металл в зоне сварки нагревается пламенем газовой горелки. Меняя форму факела, можно осуществлять не только сварку, но и резку металлов.
• Электросварка. Самый распространенный способ:
  • Дуговая сварка использует для нагрева и расплавления рабочей зоны тепло электрической дуги. Для розжига и поддержание дуги применяют специальные сварочные аппараты. Сварка ведется обсыпными электродами или специальной сварочной проволокой в атмосфере инертных газов.
  • При контактной сварке нагрев осуществляется проходящим через точку соприкосновения соединяемых заготовок сильным электротоком. Различают точечную сварку, при которой детали соединяются в отдельных точках, и роликовую, при которой проводящий ролик катится по поверхности деталей и соединяет их непрерывным швом.

С помощью сварки соединяют детали механизмов, строительные конструкции, трубопроводы, корпуса судов и автомобилей и многое другое. Сварка хорошо сочетается с другими видами обработки металлов.

Электрическая обработка

Метод основан на частичном разрушении металлических деталей под воздействием электрических разрядов высокой интенсивности.

Его применяют для прожигания отверстий в тонколистовом металле, при заточке инструмента и обработке заготовок из твердых сплавов. Он также помогает достать из отверстия обломившийся и застрявший кончик сверла или резьбового метчика.

Графитовый или латунный электрод, на который подано высокое напряжение, подводят к месту обработки. Проскакивает искра, металл частично оплавляется и разбрызгивается. Для улавливания частиц металла промежуток между электродом и деталью заполняют специальным маслом.

Ультразвуковая обработка металла

К электрическим способам обработки металлов относят и ультразвуковой. В детали возбуждаются колебания высокой интенсивности с частотой свыше 20 кгц. Они вызывают локальный резонанс и точечные разрушения поверхностного слоя, метод применяют для обработки прочных сплавов, нержавейки и драгоценностей.

Особенности художественной обработки металлов

К художественным видам обработки металлов относят литье, ковку и чеканку. В средине XX века к ним добавилась сварка. Каждый способ требует своих инструментов и приспособлений. С их помощью мастер либо создает отдельное художественное произведение, либо дополнительно украшает утилитарное изделие, придавая ему эстетическое наполнение.

Чеканка — это создание рельефного изображения на поверхности металлического листа или самого готового изделия, например, кувшина. Чеканку выполняют и по нагретому металлу.

Способы механической обработки металлов

Большую группу способов механической обработки металлов объединяет одно: в каждом из них применяется острый и твердый по отношению к заготовке инструмент, к которому прикладывают механическое усилие. В результате взаимодействия от детали отделяется слой металла, и форма ее изменяется. Заготовка превышает размерами конечное изделие на величину, называемую «припуск»

Разделяют такие виды механической обработки металлов, как:

• Точение. Заготовка закрепляется во вращающейся оснастке, и к ней подводится резец, снимающий слой металла до тех пор, пока не будут достигнуты заданные конструктором размеры. Применяется для производства деталей, имеющих форму тела вращения.
• Сверление. В неподвижную деталь погружают сверло, которое быстро вращается вокруг своей оси и медленно подается к заготовке в продольном направлении. Применяется для проделывания отверстий круглой формы.
• Фрезерование. В отличие от сверления, где обработка проводится только передним концом сверла, у фрезы рабочей является и боковая поверхность, и кроме вертикального направления, вращающаяся фреза перемещается и вправо-влево и вперед-назад. Это позволяет создавать детали практически любой требуемой формы.
• Строгание. Резец движется относительно неподвижно закрепленной детали взад- вперед, каждый раз снимая продольную полоску металла. В некоторых моделях станков закреплен резец, а двигается деталью. Применяется для создания продольных пазов.
• Шлифование. Обработка производится вращающимся или совершающим продольные возвратно- поступательные движения абразивным материалом, который снимает тонкие слои с поверхности металла. Применяется для обработки поверхностей и подготовки их к нанесению покрытий.

Каждая операция требует своего специального оборудования. В технологическом процессе изготовления детали эти операции группируются, чередуются и комбинируются для достижения оптимальной производительности и сокращения внутрицеховых расходов.

Обработка давлением

Обработка металла давлением применяется для изменения формы детали без нарушения ее целостности. Существуют следующие виды:

Перед ковкой заготовку нагревают, опирают на твердую поверхность и наносят серию ударов тяжелым молотом так, чтобы заготовка приняла нужную форму.

Исторически ковка была ручной, кузнец разогревал деталь в пламени горна, выхватывал ее клещами и клал на наковальню, а потом стучал по ней кузнечным молотом, пока не получался меч или подкова. Современный кузнец воздействует на заготовку молотом кузнечного пресса с усилием до нескольких тысяч тонн. Заготовки длиной до десятков метров разогреваются в газовых или индукционных печах и подаются на ковочную плиту транспортными системами. Вместо ручного молота применяются кузнечные штампы из высокопрочной стали.

Для штамповки требуется две зеркальные по отношению друг к другу формы — матрица и пуансон. Тонкий лист металла помещают между ними, а потом с большим усилием сдвигают. Металл, изгибаясь, принимает форму матрицы. При больших толщинах листа металл нагревают до точки пластичности. Такой процесс называют горячая штамповка.

Во время штамповки могут выполняться такие операции, как:

С помощью штамповки выпускают широчайший ассортимент изделий — от корпусов бытовой техники до колесных дисков и бензобаков.

Обработка с помощью резки

Металл поступает на предприятие в виде проката — листов или профилей стандартных размеров и толщин. Чтобы разъединить лист или профиль на изделия или заготовки нужных размеров, применяют обработку резкой.

Для профиля чаще всего используют резку абразивным кругом или дисковой пилой.

Для раскроя листов металла применяют несколько видов резки:

• Ручная. Газосварщик с газовой горелкой вырезает куски металла нужного размера и формы. Применяется в небольших мастерских и на опытных производствах.
• Газовая. Установка газовой резки режет пламенем автоматизированной газовой горелки и позволяет не только быстро произвести раскрой листа, но и разложить вырезанные заготовки по контейнерам для доставки их на сборочные участки
• Лазерная. Режет металл лазерным лучом. Отличается высокой точностью и малым коэффициентом отходов. Кроме резки, может выполнять операции сварки и гравировки — нанесения на металл не удаляемых надписей.
• Плазменная. Режет металл факелом высокоионизированного газа — плазмы. Применяется для раскроя листов из твердых и специальных сплавов.

В условиях промышленного производства и средних или крупных серий на первый план выходит такое понятие, как коэффициент использования металла. Он повышается как за счет более плотной раскладки деталей по площади, так и за счет прогрессивных технологий резки, дающих меньше отходов

Химическая обработка металлов для повышения защитных свойств материала

Химическая обработка металла — это воздействие на него специальными веществами с целью вызвать управляемую химическую реакцию.

Выполняются как подготовительные операции для очистки поверхности перед сваркой или покраской, так и как финишные отделочные операции для улучшения внешнего вида изделия и защиты его от коррозии.

С помощью электрохимической обработки гальваническим методом наносят защитные покрытия.

Термические виды обработки металлов

Термическая обработка металлов применяется для улучшения их физико-механических свойств. К ней относя такие операции, как:

Термическая обработка стали

Термическая обработка заключается в нагревании детали до определенной температуры и ее последующем охлаждении по специальной программе.

Отжиг

Заготовку нагревают до температуры пластичности и медленно охлаждают прямо в печи.

Отжиг снижает твердость стали, но существенно повышает пластичность и ковкость.

Применяется перед штамповкой или раскаткой. Во время отжига снимаются внутренние напряжения, возникшие при отливке или механической обработке.

Закалка

При закалке заготовку прогревают до температуры пластичности и держат в таком состоянии в течение определенного времени, за которое стабилизируются внутренние структуры металла. Далее изделие быстро охлаждают в большом количестве воды или масла. Закалка существенно повышает твердость материала и снижает его ударную вязкость, повышая, таким образом, и хрупкость. Применяют для элементов конструкций, подверженных большим статическим и малым динамическим нагрузкам.

Отпуск

Проводится после закалки. Образец нагревают до температуры, несколько меньшей температуры закалки, и охлаждают медленно. Это позволяет компенсировать излишнюю хрупкость, появившуюся после закалки. Применяется в инструментальном производстве

Старение

Искусственное старение заключается в стимуляции фазовых превращений в массе металла. Его проводят при умеренном нагреве для придания материалу свойств, возникающих при естественном старении за долгое время.

Нормализация

Нормализация проводится для повышения ковкости без заметного снижения твердости за счет приобретения сталью мелкозернистой структуры.

Ее применяют перед закалкой и для повышения обрабатываемости резанием. Проводят так же, как и отжиг, но остывает заготовка на открытом воздухе.

Источник