"Азбука судомоделизма" А. Н. Дрегалин - Азбука судомоделирования

ГЛАВА 5

ПРИМЕНЕНИЕ ЛИТЬЯ

Так как большинство моделистов делает модели в домашней «верфи», в данной главе не будем останавли­ваться на вопросах литья латуни и бронзы. Эти материалы требуют для литья температуры, которую можно получить только устройством довольно сложных печей.
Наиболее пригодные металлы для литья в домашних ус­ловиях — это цинк, свинец и олово, а также их сплавы (та­кие, как знаменитый «третник» широко применяемый для пайки радиодеталей). В отечественной литературе по судо­моделизму обычно советуют изготавливать литейные фор­мы из гипса. И хотя такие формы просты в изготовлении, добиться качественной отливки при применении этих форм очень сложно. В этой главе рассмотрим другие способы, дающие качественные отливки.
Литье из свинца и цинка
Наиболее оптимальные размеры для литья дета­лей из этих металлов — от 35 до 45 мм по длине и ширине. Для создания литейной формы требуется определенный опыт и трудовые затраты. Поэтому форму лучше делать, если на модели большое количество одинаковых деталей. Для литья из цинка форму можно изготовить из дюралюминия, латуни, меди или хорошо обрабатываемой стали.
Формы для литья из цинка и других
легкоплавких металлов
Литейная форма обычно состоит из двух частей. Но могут быть и более сложные литейные формы — из трех и более частей. Само по себе проектирование литейных форм уже является сложной конструкторской задачей.
Рассмотрим на примере изготовления ручного штурва­ла, как получается литейная форма. Обычно таких деталей для модели требуется много: для палубной артиллерии, для горловин вентиляторов и т. п. В данном случае литейная фор­ма состоит из верхней и нижней половин, которые пришли­фовываются и прочно скрепляются друг с другом (рис. 74). Затем в верхней пластине сверлится сквозное отверстие для литника, заходящее на глубину 1 мм на нижнюю пластину.

На нижней пластине от центрального отверстия, которое будет ступицей штурвального колеса, гравируется сам штур­вал: сначала острым циркулем прорезается окружность, а затем полукруглым штихелем гравируются спицы колеса. Качество и глубина гравированной формы контролируются кусочком пластилина, на котором отпечаток формы даст вид литой детали. На верхней пластине проводятся аналогичные операции, при этом надо быть очень внимательным, так как верхняя и нижняя полуформы должны строго совпадать. По­этому необходим постоянный контроль при помощи плас­тилина (рис. 75). Кстати, верхнюю полуформу желательно сделать из двух половин, чтобы литник не мешал изъятию отливки из формы.
Штихеля для гравировки можно сделать из старых, отслу­живших свой срок напильников или надфилей. (Как их сде­лать, можно узнать в соответствующей литературе, где рас­сказывается о художественной гравировке металлов, напри­мер в книге Бреполя «Теория и практика ювелирного дела».)
Спицы колеса надо гравировать только в нижней полу- форме, тогда изготовление литейной формы значительно упростится. После гравировки литейная форма еще не при­годна для литья. Необходимо в верхней полуформе засвер­лить небольшое коническое углубление, используемое в качестве литника. В пустотах литейной формы находится воздух, и, если его не удалить, в отливке получатся рако­вины. Для выхода воздуха из формы в процессе литья кон­чиком штихеля процарапываются мелкие риски от мест, наиболее удаленных от литника, и от мест, где сосредо­точивается наибольший объем металла, до границы ли­тейной формы. Эти риски будут служить воздушными ка­налами.
Процесс литья легкоплавких металлов
Чтобы литые детали получались качественными, необходимо нагреть литейную форму на плитке примерно до 150°, иначе форма будет отнимать много тепла и мелкие фрагменты детали, а также области, расположенные далеко от литника, могут металлом не залиться. Цинк (свинец) пла­вится в стальном или медном тигле (можно использовать обычную стальную ложку) на газовой плите и немедленно выливается в литейную форму. Как только расплав засты­нет, форму нужно раскрыть. Острым инструментом, после полного остывания детали, удаляются литник, облой и нити воздушных каналов. Деталь очищается и обрабатывается до необходимого качества.
В рассмотренном примере речь шла о несложной детали. Моделисту нужно начинать именно с таких простых деталей. Позднее можно перейти и к более сложным отливкам. Носо­вые фигуры, гербы, украшения корпуса, блоки, профилиро­ванные крышки люков, решетки, опоры фальшборта — это лишь небольшой перечень деталей, которые можно изготав­ливать методом литья из легкоплавких металлов.
Литье по выплавляемым моделям
Ранее рассказывалось, как выполнить форму для многоразового использования. Такую форму сделать до­вольно сложно. Метод, описанный ниже, позволяет упрос­тить изготовление формы, но использовать ее можно бу­дет только один раз. Из воска изготавливается деталь с лит­ником и воздушными каналами, необходимая моделисту (например, носовая фигура парусного корабля). Затем эта деталь обмазывается эпоксидным клеем и посыпается мел­ким речным песком (желательно без примесей). После по­лимеризации смолы процесс намазывания клеем и обсып­ки песком повторяется до тех пор, пока на детали не полу­чится слой толщиной 2—3 мм. После этого форма снова обмазывается клеем и оставляется полимеризоваться в го­рячей плите, причем воск, вытекающий из формы, надо аккуратно собрать в какую-нибудь емкость для повторного использования. После полимеризации смолы форму необ­ходимо поместить в кастрюлю с кипящей водой и кипятить в ней около 2 ч, чтобы выплавить из формы весь воск. За­тем вытащить литейную форму из воды и как следует про­сушить в горячей плите. Осмотреть полученную литейную форму, продуть ее изнутри воздухом от песка, залитые воз­душные каналы прочистить. Теперь нужно поставить ли­тейную форму в консервную банку с насыпанным на дне слоем песка литником вверх и засыпать песком до уровня выхода воздушных каналов. Литейная форма готова для заливки металлом. После застывания металла в литейной форме деталь очищается от песка с эпоксидкой, обрезает­ся литник и металл, заполнивший воздушные каналы (так называемые выпоры). Обычно после этого деталь не тре­бует дальнейшей обработки. Качество поверхности будет такое же, как и у восковой модели.
Искусственные смолы как материал
для литья
Описанная технология литья из легкоплавких металлов для начинающего моделиста достаточно сложна. При этом достать необходимые материалы не всегда возмож­но, хотя можно использовать корпус отечественных батаре­ек типа КБС-Л, который делался из цинка. И все-таки начи­нающий моделист может выполнить литые детали: для это­го достаточно иметь пластилин и эпоксидный клей. Для получения большого количества отливок необходимо иметь модель, выполненную из металла, дерева или пластмассы. Затем на гладкой пластилиновой плитке делаются отпечатки этой модели столько раз, сколько нужно деталей для модели корабля (с небольшим запасом). Готовят эпоксидный клей и заливают им эти отпечатки. Как только смола полностью по­лимеризируется, отливка вынимается из литейной формы и обрабатывается водостойкой шкуркой. С меньшими затрата­ми труда эти детали едва ли можно сделать. Этот метод литья особенно подходит для деталей, одна сторона которых закры­та другими деталями (например, дверей, люковых крышек, цапф орудийных лафетов, цепных стопоров, стенок ящиков, табличек с названием, барельефов, фигур на переборке и т. п.)
Если литейную форму для литья легкоплавких металлов надо гравировать в металлической или гипсовой пластине, то для литья из эпоксидной смолы необходимо делать ли­тейную модель. Что легче — решать моделисту.
Литейные модели
Литейные модели формуются в формовочную мас­су. При этом возникающие пустоты в этой массе являются формообразующими для литых деталей. Литейную модель сделать не так просто, поэтому сложные детали можно из­готавливать из более простых отливок. Например, объемную фигуру для парусного судна можно склеить из двух половин — передней и задней, которые отливаются отдельно.
Модели из воска (выплавляемые модели) применяются в промышленном производстве и довольно сложны, поэтому желающие могут обратиться к соответствующей литературе. Обычно моделисты используют формовочный и литьевой ма­териал, который для них не создает особых проблем и требу­ет небольших затрат. Кроме того, нужно учитывать условия, в которых делается модель корабля (кухня в квартире, сарай в деревне или на даче, мастерская в кружке и т. п.).
Эластичные литейные формы
Если детали делаются не из металла (металл в основном применяется из соображений прочности), то можно выполнять литейные формы из такого современно­го материала, как силиконовый каучук. При этом: литье сложной детали не становится большой проблемой и по­лучается отличное качество отливки. В России не произ­водится силиконовый каучук в мелкой упаковке, пригод­ной для моделиста, но в Германии этот продукт весьма популярен. Например, силиконкаучуковая паста NVG- 3171 является идеальным материалом для изготовления литейных форм. Все очень просто! Изготавливается не­обходимая литейная модель из металла, древесины, плас­тмассы, воска, пластилина или другого материала (здесь у моделиста широкий выбор). Например, львиная голова для крышек пушечных портов может быть вырезана из дерева или выполнена из пластилина. Кстати, если в от­ливке необходимо показать структуру древесины, то для силиконкаучуковой литейной формы не возникает ника­ких проблем: структура будет видна на отливке. Посколь­ку львиная голова — односторонняя деталь, то ее нужно уложить гладкой нижней стороной на стеклянную пласти­ну. Над литейной моделью устанавливается «формовочный ящик» (бывает достаточно просто спичечного коробка без донышка, куска пластмассового или металлического цилин­дра подходящего диаметра). В стеклянной или пластмассо­вой посуде приготавливается силиконкаучуковая паста по инструкции, указанной на упаковке, и основательно перемешивается. Затем паста выливается в «формовоч­ный ящик» таким образом, чтобы слой пасты медленно повышался над моделью. Этим избегается появление пу­зырей в форме. После полимеризации силиконкаучука (верхняя поверхность больше не липкая на ощупь) литей­ная модель вынимается из литейной формы. Поскольку форма резиновая, это можно сделать без затруднений. Пос­ле полной полимеризации получается готовая литейная форма (рис. 76).

Литье из гипса

После изготовления формы необходимо подо­брать подходящий материал для получения отливки. Для деталей, не подверженных механическим воздействиям, можно использовать гипс. Его нетрудно приготовить и от­формовать деталь. После этого надо сушить деталь около двух часов в плите и окунуть ее в бесцветный нитролак, ко­торый хорошо впитывается в мелкопористую структуру гип­са. После высыхания первого слоя нитролака деталь покры­вают еще одним или двумя слоями. После этого она стано­вится не только плотной и водонепроницаемой, но также значительно более прочной. Затем деталь окрашивается нит­рокрасками. Детали, подверженные механическим воздей­ствиям (главным образом ударам), лучше отливать из ис­кусственных смол.
Смолы для литья
В торговой сети есть мелкие упаковки искусст­венных смол, отвердителей, растворителей, различных за­полнителей и стеклоткани. Обычно применяют эпоксидный клей, но можно растворять мелкую стружку полистирола в растворителе для нитрокраски до густоты сметаны и зали­вать ее в литейную форму.
Все растворители и эпоксидные смолы ядовиты, поэтому надо работать с ними в хорошо проветриваемом помеще­нии или во дворе. Меры безопасности для работы с этими веществами обычно указываются на упаковке.
Теплота полимеризации
Для моделей кораблей размер отливок обычно не превышает размеров спичечного коробка, поэтому су­щественное значение для получения качественной отлив­ки имеет теплота полимеризации. Повышение темпера­туры во время процесса полимеризации может разрушить отливку. Поэтому используются различные способы ох­лаждения литейных форм. Ее можно обдувать воздухом или установить на холодную металлическую пластину. Можно процесс полимеризации проводить при понижен­ной температуре (ниже 18 °C). Чтобы не опасаться этого явления, следует всячески стараться уменьшить объем полимера в отливке. Для этого при проектировании и из­готовлении литейной формы надо предусмотреть в мес­тах, где деталь имеет большой объем, использование раз­личных стержней и вставок из металла. Здесь моделист, чтобы получить качественную отливку, имеет возмож­ность экспериментировать.
Время полимеризации
(затвердевания)
Часто длительное время полимеризации смолы рассматривается как недостаток. Действительно, при боль­шом количестве литых деталей и наличии одной литей­ной формы часто проходит не одна неделя, прежде чем моделист получит необходимые детали для модели. Но больше существенных недостатков у этого метода нет. При литье деталей не обязательно дожидаться полной полимеризации. И процесс постройки модели можно на­чинать именно с литья большого количества необходимых деталей, параллельно проводя другие работы (изготовле­ние корпуса, установка винтомоторной группы, изготов­ление рангоута, парусов и т. п.). Силиконкаучуковая ли­тейная форма не оставляет на детали каких-либо следов, и отлитая деталь из нее вынимается легко. Полученные в результате детали потом не нуждаются в какой-либо об­работке наружных поверхностей.

Одна опасность все же подстерегает моделиста при изготовлении качественных отливок из эпоксидной смо­лы. Это появление воздушных пузырей в отливке. Поэтому содержащийся в литейной форме воздух смола должна вы­теснить совершенно. Если воздух задержится хотя бы в од­ном углу формы, то в отливке этого куска потом не будет хватать. Поэтому аналогично с формами для литья из ме­талла в силиконовой литейной форме делаются воздушные каналы (выпоры). Прежде чем литейную модель залить фор­мовочной массой, необходимо оценить, где в полученной литейной форме может скапливаться воздух (рис. 77). Эти места на литейной модели всегда будут наивысшими, и в них укрепляется тонкая (0,3—0,5 мм) достаточной длины про­волока. После получения литейной формы проволочки дол­жны из нее торчать. Эти проволочки в литейной модели лишь слегка закрепляются, чтобы после полимеризации силикон- каучука их можно было легко вынуть. На их месте возника­ют тонкие каналы (выпоры) для удаления воздуха в процес­се литья.

Использование смолы дает еще одно преимуще­ство: сразу можно получать детали необходимого цвета, не требующие дальнейшей окраски, хотя нитрокраска хорошо ложится на эпоксидную смолу. В торговой сети продаются различные сухие пигменты, но можно использовать печную сажу, кирпичную пыль, зубной порошок и т. п. К сожале­нию, надписи на окрашенных деталях делать сложно. Но если слой окрашенной смолы не очень толстый, то под нее под- кладывают кальку или фотопленку с надписью, и она будет просвечивать сквозь слой эпоксидной смолы. Более подроб­но о способах нанесения надписей поговорим ниже.
Хорошим наполнителем эпоксидной смолы является также графитовый порошок, который не только позитив­но влияет на процесс полимеризации, отбирая излишнее тепло, но и придает деталям красивый серо-черный цвет. Многие детали на моделях кораблей имеют именно та­кой цвет, поэтому готовая литая деталь не нуждается в окраске. Моделистам нужно пользоваться этими возмож­ностями наполнителей.
Способ литья смолы по выплавляемой модели
Этот метод похож на метод литья металла по вып­лавляемой модели, но литейная форма получается для мно­горазового использования.
Вообще говоря, литейную модель изготовить тоже непро­сто, особенно для деталей сложной формы. Однако этим спо­собом можно изготавливать и более простые детали. Напри­мер, корпус шпиля с барабаном для якорной цепи, стопор якорной цепи, детали орудий, стволы старинных орудий с гербами, украшениями, фигурами, гирляндами, щитами и т. п. Необходимо продумать сам способ изготовления вос­ковой литейной модели из одной или нескольких деталей. Можно изготовить одну литейную модель, но можно сде­лать несколько моделей и соединить их при помощи литни­ков в группу.
Итак, из воска делается литейная модель. К ней прикрепляется литник из воска и выпоры из тонких про­волочек. Эта модель заформовывается в силиконкаучуко- вую смесь и после затвердения формовочной массы вып­лавляется. Потом эту форму можно заполнять эпоксид­ной смолой. Для изготовления литейных моделей употребляется обычный свечной воск, который разогре­вается до расплавления и в расплав вводится по весу око­ло 20 % коричневой или черной сапожной восковой вак­сы. Такой формовочный воск менее хрупок и хорошо за­метен при изготовлении литейной модели. Восковую литейную модель предварительно формуем в подходящей емкости из расплавленного воска (имеются в виду необ­ходимые размеры заготовки с припуском). После этого ножом, штихелем, острыми иглами, твердыми заострен­ными палочками и другими вспомогательными средства­ми придаем литейной модели окончательную форму. Та­кими вспомогательными средствами могут быть куски ме­талла различного поперечного сечения, с помощью которых нужную форму в воске выдавливают или вырезают.
Выплавление литейной модели из формы
Чтобы воск выплавить из формы, необходимо его хорошо нагреть возле электрокамина или электро­плитки. Но силиконкаучук недостаточно теплопрочен, поэтому надо время от времени передвигать и перевора­чивать литейную форму, чтобы ее не испортить. Можно после выплавления воска залить форму кипятком, чтобы удалить последние следы воска, и просушить ее теплым воздухом (например, с помощью пылесоса или фена). Те­перь можно залить смолу. Если деталь имеет сложную форму и не имеет поверхности, по которой производится формовка на листе стекла, то после полной полимериза­ции смолы литейная форма разрезается от наружной по­верхности к детали острым мокрым лезвием безопасной бритвы. Эластичная силиконовая литейная форма от этого не пострадает, и для ее повторного использования нужно замотать ее изолентой или полоской скотча, чтобы не происходило подвижек в разрезанных частях.

Многодетальные литейные формы

Если необходимо для модели корабля изгото­вить очень много отливок, то делаются так называемые многодетальные литейные формы. Для этого нужно залить в силиконовую форму большое количество восковых мо­делей. Эти литейные модели связываются друг с другом восковыми палочками, кольцами или полосками в груп­пы. К ним присоединяются изготовленный из воска лит­ник и тонкие проволочки для получения воздушных кана­лов. Группа затем целиком заливается силиконкаучуком, и в результате получается литейная форма, которая дает при каждой отливке большое количество деталей. Конеч­но, сначала моделисту необходимо набрать некоторый опыт, прежде чем он сможет хорошо сделать такие слож­ные литейные формы и формовать детали без особых сложностей. 

Глава 6

ГОРЯЧАЯ ВЫТЯЖКА ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ

В последние годы моделисты все чаще при изго­товлении моделей кораблей применяют термопластичные пластмассы. В первую очередь это поливинилхлорид (по­листирол) и оргстекло. Эти материалы применяются так­же для механической обработки и литья. Полистирол вы­пускается в продажу в виде пластин различных толщины и цвета, даже прозрачный. Часто применяется бесцветное и цветное прозрачное оргстекло. Для деталей моделей ко­раблей все же чаще применяется полистирол. Оргстекло надо применять там, где деталь модели должна быть про­зрачна. Это относится прежде всего к ходовым огням, ка­бинам вертолетов и других устройств, остеклению ходово­го мостика и т. п.
Если деталь модели больших размеров, то ее легко скле­ить из нескольких меньших деталей, сделанных из полисти­рола. Готовая пластмассовая деталь легко и просто обраба­тывается режущим инструментом.
Возможности и условия горячей вытяжки

Изготавливать детали методом горячей вытяжки выгодно тогда, когда нет никаких менее трудоемких спосо­бов получения готовой детали либо когда необходимо изго­товить большое количество одинаковых деталей. Изготов­ление пуансонов и матриц для этого технологического про­цесса требует больших трудо­вых затрат. Кроме того, при­менение этого метода не по­зволяет выполнять детали с острыми краями и кромками. При глубокой вытяжке поли­стирол дает разную толщину стенок детали (рис. 78).

Применение пуансона правильной формы (т. е. без ост­рых кромок, материала соответствующей толщины) и дово­дочных операций позволяет уменьшить сильную разномер- ность стенок деталей. Для этого процесса наиболее подхо­дящими деталями будут корпуса шлюпок, кожухи дымовых труб, надувные плоты и лодки, контейнеры спасательных плотов, защитные колпаки радиолокационных антенн, баш­ни артиллерийских установок, гнутые листы обшивки, щиты и многие другие подобные детали. Если моделист принял решение изготавливать детали методом горячей вытяжки, то всегда надо оценить издержки при изготовлении пуансо­на и матрицы, пресса и нагревателя. Издержки должны все же оставаться в приемлемых рамках. Проще всего сделать инструмент из древесины, сам процесс проводить давлени­ем руки на пуансон, а нагревать материал на электрокамине или на электроплитке. Рекомендуемая толщина пластмас­совых листов для этого процесса — 1—2,5 мм. При этом необходимо учитывать, что чем тоньше материал, тем луч­ше он будет воспроизводить форму детали, но при наличии на детали острых кромок и при большой глубине вытяжки велика вероятность обрыва по краю матрицы.

Форма инструмента для вытяжки

Инструмент для вытяжки представляет собой пресс-форму, состоящую из двух частей — пуансона и мат­рицы (рис. 80). Матрицу можно изготовить из листовой ла­туни, фанеры или жесткого картона. В большинстве случаев матрицы из фанеры вполне достаточно. Для изготовле­ния пуансона применяется древесина твердых, мелко­слойных пород(рис. 79).
Если давление на пуан­сон производится рукой, то его целесообразно снабдить рукояткой. Для больших деталей лучше применять простой рычажный пресс (рис. 81). Чтобы размягченный по­листирол не давал складок, его необходимо закрепить струб­цинами на раме. Конструкцию такой рамы надо разрабаты­вать, исходя из формы детали, количества деталей и глуби­ны вытяжки. При этом закрепляемый струбцинами лист полистирола не должен остыть. Чтобы можно было прово­дить горячую вытяжку, необходимо предусмотреть возмож­ность повторного нагрева материала, зажатого на этой раме.

Окончательная обработка прессованных деталей

При изготовлении деталей вытяжкой из горячей пластмассы часто на краю матрицы образуются маленькие складки или следы вытяжки, нарушающие точность формы полученной детали. Поэтому пуансон необходимо делать немного длиннее детали (примерно на 3—5 мм). Затем в этом месте деталь обрезается точно по размеру. Кроме того, детали после горячей вытяжки и остывания нуждаются в последую­щей обработке. Она обычно заключается в шлифовке внешних поверхностей и окончательной отделке кра­ев детали. Например, изго­товленный этим методом кожух дымовой трубы (рис.
82) отпиливается лобзиком по длине. Напильником за­чищаются опиленные края.
По верхнему краю трубы вырез может иметь косую или фигурную форму. На трубе бывают пропилы у па­лубы для прохода воздуха, жалюзи и т. п. Внешняя по­верхность трубы также не­безупречна. Поэтому необ­ходимо ее отшлифовать на мелкозернистой шкурке равномерными, небыстрыми круговы­ми движениями. Пришлифовывается также плоскость, по ко­торой труба устанавливается на палубе.
Если у деталей из полистирола обработка внешней поверх­ности еще возможна, то детали из оргстекла необходимо сра­зу делать высокого качества. А для этого пуансон и матрица должны быть сделаны идеально, чтобы не нужно было потом опиливать и шлифовать деталь. Небольшие складки и мор­щинки, полученные в результате глубокой горячей вытяжки, появляются по краям матрицы. В этом месте у прозрачной детали возникают оптические искажения. Для предотвраще­ния образования подобных дефектов пуансон и матрицу не­обходимо полировать, что затруднительно, если материалом для них служит древесина. Чтобы иметь хорошее качество внешней поверхности, инструмент для горячей вытяжки при­дется сделать из металла или пластмассы.
Полировка оргстекла
В крайнем случае маленькие изъяны на внешней по­верхности деталей из оргстекла можно устранить при помощи полировки. Для этого применяются специальные пасты, а так­же зубной порошок или зубная паста. Полировка производит­ся круговыми движениями шерстяным сукном с нанесенной на него пастой. Абсолютное устранение оптических искажений едва ли получится, но все же достигается вполне приемлемое качество. Точеные детали из оргстекла можно не полировать, а при маленькой скорости вращения шпинделя нанести немного бесцветного нитролака на поверхность детали. После высыха­ния лака деталь выглядит даже лучше, чем полированная. Но при этом лак придает оргстеклу желтоватую окраску.
Вакуумное прессование пластмассовых
деталей
Авторами этой технологии являются кружковцы СЮТ г. Слободского Кировской обл., работающие под ру­ководством И. Воробьева. Этот метод хорош тем, что мат­рицу для горячей вытяжки делать не обязательно. Весь тех­нологический процесс показан на рис. 83.

В качестве источника вакуума можно применить любой компрессор. При этом необходимо получше загерметизи­ровать шланг. Качество воспроизведения формы детали полностью зависит от качества исходной модели (пуансо­на). Вакуумная камера соединяется герметично с основа­нием, с промазкой всех швов клеем типа «Момент». Дере­вянные рамки собираются из подходящих брусков, оклеи­ваются листовой микропористой резиной тем же клеем.
Нагрев пластмассового листа производится горячей водой, что исключает перегрев тонкого листа, упрощает операцию и по­вышает безопасность работы. Образование промежуточной вытяжки («ванночки» на рис. 83) улучшает основной процесс формообразования, уменьшает вероятность появления скла­док и разрывов. Пуансон изготавливается из древесины мяг­ких пород (липы, осины). После окончательной обработки ее покрывают последовательно тремя-четырьмя слоями лака, а затем шлифуют. Перед вакуумированием поверхность пуан­сона можно смазать машинным маслом для улучшения про­цесса формовки и упрощения съема отштампованной пласт­массы.

Глава 7
ГАЛЬВАНОТЕХНИКА И ДРУГИЕ ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Эти технологические процессы достаточно про­сты и позволяют даже начинающим моделистам добиться хорошего качества деталей модели корабля. Кроме того, они позволяют улучшить внешний вид металлических деталей и нанести металлическое покрытие на пластмассовые и даже на восковые детали.
В гальванотехнике применяются два метода — гальвано­пластика и гальваностегия. Гальванопластика — это элект­рохимический способ копирования. Этим способом можно изготавливать металлические сетки, ювелирные изделия, копии скульптур, гравюр, детали сложной конфигурации. Способ отличается высокой точностью воспроизведения формы изделия.
Гальваностегия — электрохимический процесс покрытия одного металла другим, более устойчивым в механическом и химическом отношении. К ней относятся хромирование, никелирование и т. п.

В принципе гальванопластика и гальваностегия одинако­вы, но имеют свои особенности и отличаются прежде всего методами подготовки поверхности пе­ред осаждением на нее металла. Для проведения этих процессов применя­ется довольно простое оборудование.
В качестве гальванической ванны мо­жет быть использована любая стек­лянная банка подходящего размера (рис. 84 и 85).
Из толстой медной проволоки или медных трубок делаются поперечные перекладины, из которых две (рис. 84, а) служат для подвешивания метал­лических анодов, а третья (б) — для покрываемых металлом предметов (катод). Важно, чтобы покрываемые предметы были обращены к анодам своими наибольшими плоскостями.

Перекладины, к которым подвешиваются аноды и детали, необходимо снабдить клеммами для удобства и надежности соединения. Проволоки, прикрепляющие анод к переклади­не, должны находиться выше уровня электролита. Анодные пластины включаются между собой параллельно и присо­единяются обязательно к «плюсу» источника тока. Аноды и детали должны быть тщательно обезжирены.
Важным условием успешного проведения процесса яв­ляется чистота. Если в электролите появляется легкая муть или образуется осадок, его необходимо профильт­ровать.
На рис. 86 показана схема включения гальванической ванны. В качестве источника тока используют автомобиль­ный аккумулятор или выпрямитель на 6—12 В.
К схеме необходимо подключить вольтметр и амперметр. (Если площадь поверхности покрываемого предмета меньше 2 кв. дм, можно использовать миллиамперметр на 500 мА.) Сопротивление реостата — 8—10 Ом.
Ток, проходящий в цепи, не должен превышать опреде­ленного предела и зависит от площади поверхности предме­та. Поэтому в гальванотехнике используется понятие «плот­ность тока».
Если деталь имеет заостренные части, плотность тока надо уменьшить в два-три раза. Детали погружают в ванну под напряжением! Реостат при этом включается на полное сопротивление. Затем, уменьшая сопротивление реостата, доводят ток до нормы.
Во время проведения процесса деталь два-три раза выни­мают из ванны и осматривают. Если металл откладывается неравномерно, изменяют ее положение. Тонкий слой металла откладывается на детали за 20—30 мин, толстый слой — за несколько часов. Деталь, вынутая из ванны, всегда имеет матовую поверхность. Для придания блеска ее полируют зубным порошком.
Нанесение металлических покрытий на неметаллические материалы
Основой для такой технологии служит графито­вая смазка, которую можно изготовить самому. На мелко­зернистой шкурке необходимо сточить несколько грифелей (для цангового карандаша или циркуля) или стержень от ба­тарейки типа КБС-Л для получения мелкозернистого порош­ка графита. Этот порошок нужно просеять через марлю для удаления кусочков графита и шкурки.
Для того чтобы покрыть слоем металла пластмассовую деталь, в графит капают спирт или водку, размешивают и этой густой кашицей при помощи кисточки покрывают де­таль. После высыхания излишки графита удаляют. Можно деталь покрыть лаком или разведенным в бензине воском. В это покрытие мягкой кистью втирается графит. После вы­сыхания покрытия деталь обдувается воздухом.
Изготовление матриц и литейных форм из меди
Рассмотрим процесс изготовления металлической матрицы для штамповки пластмассовой детали. Для этого применяют следующую восковую композицию:

1.  воск — 20 весовых частей;
2.  парафин — 3 весовые части;
3.  графит — 1 весовая часть.

Если матрицу изготавливают из диэлектрика (воск, плас­тилин, парафин, гипс), ее поверхность покрывают электро­проводящим слоем — втирают мягкой волосяной кистью графит в поверхность матрицы.
Гальваническое покрытие легко отделяется от матрицы, покрытой графитом. Подготовленную модель погружают в ванну, схема которой находится под током. Сначала прово­дят «затяжку» (покрытие) проводящего слоя при малой плот­ности тока в растворе следующего состава:

1.  медный купорос — 150—200 г;
2.  серная кислота — 7—15 г;
3.  этиловый спирт — 30—50 мл;
4.  вода — 1000 мл.

Рабочая температура электролита — 18—25°, плотность тока — 1—2 А/дм2. Спирт необходим для лучшей смачивае­мости поверхности.
После того как вся поверхность «затянется» слоем меди, матрицу переносят в электролит, предназначенный для галь­ванопластики. Его состав:

1.  медный купорос — 340 весовых частей;
2.  серная кислота — 2 весовых части;
3.  вода — 1000 весовых частей.

Температура электролита — 25—28°, плотность тока — 5—8 А/дм2.
Этим способом можно делать очень точные копии не толь­ко вогнутых, но и выпуклых деталей, если в форме сделать отпечаток внешней поверхности такой детали.
Для изготовления литейной формы моделисту придет­ся делать две полумодели литой детали, а потом тща­тельно их подгонять. Если деталь не объемная и поверх­ность разъема представляет собой плоскость, то задача значительно упрощается. Таким способом можно изго­товить металлические литейные формы для элементов барельефа, украшающего парусное судно. После их от­ливки в полученной форме из гипса эти элементы мон­тируются прямо на модель без всякой обработки, так как поверхность гипсовой детали точно соответствует литей­ной модели.

Обезжиривание внешней поверхности деталей

Как уже указывалось, перед нанесением гальва­нического покрытия деталь необходимо тщательно обезжи­рить. Сначала ее очищают бензином или ацетоном, затем поверхность тщательно обрабатывают моющими средства­ми: стиральными порошками, пастами, жидкостями и т. д. После промывки деталь непосредственно перед началом процесса окунают на 20—30 с в 10—20 %-ный раствор сер­ной кислоты, а затем быстро промывают в воде и погружа­ют в ванну. Естественно, если деталь сделана из воска, пара­фина, пластилина и подобных материалов и покрыта слоем графита, то обезжиривание не проводится. Замечу, что к кис­лотам, щелочам и другим химическим веществам надо от­носиться уважительно и соблюдать все правила техники бе­зопасности при обращении с ними!

Электрохимическое полирование поверхностей металлических деталей

В судомоделизме очень большое значение прида­ется хорошему качеству поверхностей деталей. Все неров­ности приходится по много раз шпаклевать и шлифовать шкуркой, чтобы получить идеальную поверхность.
Но если применить нижеописанный метод электрохи­мической полировки, то по крайней мере для металли­ческих деталей процесс значительно ускорится. Особен­но выиграют при этом металлические детали, которые ставятся на модель неокрашенными: гребные винты, рын­да и т. п.
Полируемые детали подвешивают в электролитической ванне как аноды, то есть к ним подводят «плюс» источника питания. Катодом служит лист нержавеющей стали. Мож­но использовать электролиты следующего состава:

1.  Для полирования стали:
2.  серная кислота концентрированная — 300 мл;
3.  ортофосфорная кислота концентрированная — 600 мл;
4.  вода — 100 мл.

Электролит готовят в стеклянной или фарфоровой посу­де. Температура ванны — около 70°, плотность тока 60— 70 А/дм2. Процесс длится 1—5 мин. Отполированные дета­ли после извлечения из ванны промываются в проточной воде, погружаются в 10 %-ный раствор углекислого натрия (соды) и снова промываются в проточной воде. Сушатся они в струе теплого воздуха от бытового пылесоса (фена).

1.  Для полирования меди, латуни и бронзы:
2.  серная кислота концентрированная — 10 г;
3.  уксусная кислота — 12,5 г;
4.  хромовый ангидрид — 12,5 г;
5.  двухромовокислый натрий (хромпик) — 37,5 г;
6.  вода — 1000 мл.

Рабочая температура электролита — 60—70°, плотность тока — 25—50 А/дм2.

1.  Для полирования алюминиевых сплавов:
2.  этиловый спирт денатурированный — 576 мл;
3.  хлористый аммоний — 40 г;
4.  хлористый цинк — 180 г;
5.  бутиловый спирт — 64 г;
6.  вода — 128 мл.

Полирование производится при напряжении 20—24 В. Ре­комендуется через 1 мин вынуть деталь из ванны и снова погрузить, повторив это в течение процесса полирования не­сколько раз.

Электрохимическое окрашивание металлических деталей

Для электрохимического окрашивания металли­ческих деталей из стали, латуни и меди необходимо собрать гальваническую ванну и электрическую схему (рис. 87).

Электрод, подключенный к «плюсу», делают из листовой меди. «Минус» подключают к окрашиваемой детали. Необхо­димо следить, чтобы детали не касались медной пластинки. В банку заливают специальный электролит и замыкают элек­трическую цепь. Через 2—3 мин начнется окрашивание. Сна­чала деталь станет коричневой, потом фиолетовой и т. д. Цвет зависит от времени: 2 мин — коричневый; 3 мин — фиолето­вый; 3—5 мин — синий; 5—6 мин — голубой; 8—12 мин — желтый; 12—13 мин — оранжевый; 13—15 мин — красный; 17—21 мин — зеленый.
На 1 л электролита необходимо:

1.  медного купороса — 60 г;
2.  сахара-рафинада — 90 г;
3.  едкого натра — 45 г

Приготавливается электролит в строгой последовательнос­ти: растворяется купорос в 200—300 мл воды, в него добавляет­ся сахар. Отдельно в 250 мл воды растворяется едкий натрий. К нему небольшими порциями, при постоянном помешивании, подливается раствор медного купороса с сахаром. Затем до­бавляется вода, чтобы получился 1 л раствора.
При работе с едким натром, также как и с кислотами, надо соблюдать осторожность. Чтобы цвета были более контраст­ными, в готовый электролит добавляется 20 г безводной соли углекислого натрия. После окрашивания деталь промыва­ют водой, сушат и покрывают бесцветным лаком.
Декоративная отделка деталей из алюминия и его сплавов
Этот металл можно также окрасить в любой цвет. С этой целью детали, изготовленные из алюминия, подвер­гаются анодному оксидированию с последующей адсорбци­онной окраской различными красителями.
Делают это так. Отполированные до зеркального блеска детали обезжиривают обыкновенным хозяйственным мылом с теплой водой. Их тщательно моют щетинной щеткой в те­чение 10 мин. Обезжиренные детали промывают в холод­ной воде, затем для удаления пленки окислов погружают на 2—3 мин в 50 %-ную азотную кислоту. После этого детали снова тщательно промывают сильной струей воды и немед­ленно помещают в ванну для анодирования.
Очень хорошим является электролит, приготовленный из бисульфата натрия (натрий сернокислый кислый), 250—300 г которого растворяют в 1 л воды. Рабочая температура элект­ролита не более 20°. Для катодов при анодировании приме­няется листовой свинец, анодом служит обрабатываемая де­таль, которую подвешивают между двумя свинцовыми като­дами на расстоянии 70—80 мм от них. Электролиз длится 40—50 мин, плотность постоянного тока — 1—1,5 А/дм2. Под­веска для деталей изготавливается только из алюминия! Все соединения и контакты должны быть надежными. Загружать детали в ванну и выгружать их следует только под током.
После пребывания деталей в ванне их тщательно промыва­ют холодной водой и опускают в водный раствор анилинового красителя, подогретый до 50—60°. Раствор красителя следует предварительно профильтровать, так как его небольшие нера- створившиеся крупинки могут дать пятна на поверхности ме­талла. Цвет окраски зависит от времени пребывания детали в красителе, но оно не должно превышать 15—20 мин.
Анилиновые красители можно приобрести в хозяйствен­ных магазинах или на рынке. Для окрашивания применяют

1. 10 %-ные водные растворы следующих красителей:
2.  черный цвет — анилиновый черный М или анилиновый пря­мой черный-3 (торговое название);
3.  коричневый цвет — основной коричневый;
4.  золотисто-желтый цвет — прямой желтый 2Ж или ализари­новый красный;
5.  красный цвет — красный ализариновый или кислотный ру­биновый;
6.  синий цвет — кислотный синий антрахиноновый или прямой синий М;
7.  голубой цвет — анилиновый голубой или метиленовый голубой;
8.  зеленый цвет — прямой зеленый ЖХ или основной ярко-зе­леный;
9.  фиолетовый цвет — основной фиолетовый;
10.  белый цвет — применяется неорганический краситель (сна­чала деталь помещается в ванну с 10 %-ным раствором уксус­нокислого свинца, а затем переносится в ванну с 10 %-ным раствором глауберовой соли (сульфата натрия);
11.  имитация под золото — окраска получается прочной и све­тостойкой. Состав для окрашивания готовят так: 1 г краси­теля оранжевого 2Ж растворить в 0,5 л горячей воды, в ра­створ добавить 0,1 г красителя желтого-3 и 0,5 г кальцини­рованной соды (каустика). После охлаждения раствор профильтровать. Отдельно в 0,5 л горячей воды растворить 0,1 г красителя черного М и также раствор профильтровать. Перед окрашиванием оба раствора смешать и нагреть до 50— 60°. В зависимости от времен пребывания деталей в этом ра­створе можно получить окраску под любую пробу золота.

Химическое фрезерование металлов

Надписи на металлических пластинках, уменьше­ние толщины стенок металлических деталей, увеличение диа­метра отверстий или уменьшение диаметра стержней и мно­гое другое можно делать методом химического фрезерования (травления). Поверхность металла полируют, промывают водой и сушат. Затем на нее наносятся надписи или рисунок лю­бым спиртовым лаком, после чего деталь подвергается травле­нию Там, где был нанесен лак, травления не происходит.
Алюминий и его сплавы лучше травить в 10—15 %-ном растворе едкого натра. Следует помнить, что химическое фрезерование происходит очень медленно При нагревании раствора до 60—80° за 20 мин растворится слой металла толщиной всего 1 мм. После травления деталь тщательно промывают водой и полируют.
Латунные детали травят в 20 %-ном растворе азотной кис­лоты. Рисунок наносится горячим парафином, затем остри­ем иглы и кончиком перочинного ножа парафин удаляется с тех мест, где затем произойдет травление металла. С азот­ной кислотой необходимо работать под вытяжкой или на открытом воздухе. После травления деталь тщательно про­мывается и нагревается в воде до температуры 90°, чтобы удалить парафин, и протирается сухой тряпочкой с мелом.
Протравленные детали для защиты от окисления покры­ваются лаком.
Медь травят в 70 %-ном растворе хлорного железа с добавлением 0,3—0,35 %-ной соляной кислоты, цинк — в 8—12 %-ном спиртовом растворе соляной кислоты. К недостаткам этого метода относятся невозможность по­лучения глубокого рельефа и невертикальность стенок об­работанной детали, поскольку едкие жидкости начинают разъедать металл не только вглубь, но и вширь, под сло­ем лака или парафина (рис. 88).

Полировать металлы можно простым погружени­ем детали в ванну с химическим раствором без применения электричества. Раствор состоит из следующих веществ:

1.  фосфорная кислота концентрированная — 350 мл;
2.  азотная кислота концентрированная — 50 мл;
3.  серная кислота концентрированная — 100 мл;
4.  сернокислая или азотнокислая медь — 0,5 г

Рабочая температура ванны — 100—110°. Время поли­рования — 0,5—4 мин. При полировании выделяются удуш­ливые пары, поэтому ванна должна находиться в вытяжном шкафу или на открытом воздухе!
Все данные по режиму полирования приведены для алю­миния. Для других металлов время полирования и темпера­тура должны быть другими. Латунь и детали из нее на воз­духе быстро тускнеют. Поэтому после полировки их покры­вают лаком. Но можно получить на латуни стойкое блестящее покрытие. Для этого ее погружают для обезжи­ривания в 10—15 %-ный раствор какой-либо щелочи и про­мывают. Затем деталь опускается в раствор бисульфита на­трия, промывается в воде и опускается в раствор уксуснокис­лой меди, подогретый до 36—40°. В зависимости от времени, в течение которого деталь находится в растворе, латунь окра­шивается от светло-золотистого цвета до цвета червонного золота. За цветом окраски надо следить, время от времени вынимая деталь из раствора. Потом деталь промывается водой и сушится. Концентрация раствора уксуснокислой меди — 1—5 %. Чтобы окрасить латунь и другие медные сплавы в черный цвет (вороненого металла), деталь погружают на 1—3 мин в следующий раствор:

1.  25 %-ный нашатырный спирт — 500 мл;
2.  двууглекислая (или углекислая) медь — 60 г;
3.  опилки латунные — 0,5 г

После смешивания компонентов раствор необходимо два-три раза энергично взболтать. После окрашивания деталь промыва­ется теплой водой, сушится и покрывается бесцветным лаком.
Нанесение надписей и рисунков на оргстекло методом травления
Способ травления оргстекла сходен со способом травления металла. Деталь из оргстекла нагревается до 60—70° и покрывается ровным слоем парафина. На нее пе­реводится надпись или рисунок. Затем по контуру надписи удаляется парафин острием иглы и кончиком ножа. После этого деталь из оргстекла опускается на 5—10 мин в кон­центрированную серную кислоту. В том месте, где был удален парафин, происходит травление, и оргстекло стано­вится молочно-белого цвета. Когда травление заканчивает­ся, деталь тщательно промывается в воде и сушится.