Гравировальные работы

Гравировальные работы. Техники, приемы, изделия
сост. Юрий Подольский

* * *

Введение

Гравирование, т. е. резьба, – один из древнейших способов художественной обработки металлов и некоторых неметаллических материалов (кости, дерева, камня и др.). Его сущность – нанесение надписи, линейного рисунка или рельефа на поверхность обрабатываемого материала, причем нанесенный узор образуется бороздками, выемками, царапинами.

Истоки гравирования уходят в глубокую древность. Даже первобытные люди умели наносить подобные узоры на поверхность кости и камня. Находки археологов показывают, что первые высокохудожественные изображения были выгравированы первобытными мастерами на камне как минимум 23 тысячи лет назад. Скорее всего, в ходу была и гравировка по дереву, но за давностью лет деревянные изделия, разумеется, сохраниться не могли. Зато до наших дней дошли прекрасные образцы мастерства граверов древних цивилизаций Египта, Греции и Рима. Широко известны и бронзовые изделия, выполненные кавказскими художниками-граверами еще в начале I тысячелетия до н. э. В основном это оружие – боевые топоры и кинжалы, украшенные гравированными орнаментами и изображениями животных. Мастера древнего Новгорода, Киева, Пскова, Москвы, Тулы и других городов оставили нам прекрасные образцы гравировки на различных металлах. Украшенные гравировкой клинки, вырезанные из кости и дерева фигурки, ювелирные изделия стали предметами гордости лучших мировых коллекций произведений искусства.

Гравирование часто применяется в сочетании с другими техниками, например чеканкой и штамповкой. В основе последних лежит общий прием: металлический стержень вколачивается ударом молотка в металл, оставляя в нем углубления. Гравирование же – искусство более утонченное. Так же как и рисунок, выполненный карандашом или пером, тонкие линии, вырезанные на металле, рассчитаны на разглядывание, любование вблизи.

Такой механический способ получения углубленного рисунка называется резцовым гравированием. Резец, которым выполняется гравировка, должен быть намного прочнее и тверже обрабатываемого металла. В крито-микенскую эпоху древние граверы изготавливали резцы из бронзы. Их предварительно упрочняли особым способом, но все же они были недостаточно твердыми. При обработке золота, серебра и меди резцы быстро тупились. Тем не менее благодаря упорству и искусному владению этими инструментами древние мастера создавали настоящие шедевры декоративно-прикладного искусства. Любуясь в музеях дошедшими до нас древними изделиями, украшенными изящной гравировкой, мы не подозреваем, что созданы они несовершенными инструментами. Позднее, когда человек освоил новый металл – железо, выкованные из него резцы заменили бронзовые. Они были хоть и незначительно, но тверже бронзовых. И лишь после того, как в VII веке до н. э. мастера Древней Греции научились закалять железо, твердость древних резцов стала близкой к твердости современных штихелей. При раскопках древнего Новгорода было обнаружено множество изделий из цветного металла – серебра, цинка, бронзы, олова, свинца, свинцово-оловянных сплавов. Среди них были изделия, выполненные литьем, ковкой и штамповкой, декорированные резными изображениями и орнаментами. Некоторые изделия после гравирования заполнялись чернью.

Пика развитие гравировального искусства достигло в конце XV века. Гравировку использовали для украшения вооружения и доспехов, нанесения геральдических знаков на щиты. В те времена это было очень важно, так как щит с гербом был порой единственным предметом, позволявшим отличить врага от союзника – ведь рыцари были полностью закрыты латами. Но уже в эпоху Ренессанса (в связи с появлением печатного дела) гравюра, по сути, стала первым удачным опытом сочетания уникальности художественного шедевра и промышленной технологии.

В XV веке появилась техника «офорт», при использовании которой бумажный оттиск получают с металлической пластины с выгравированным рисунком или текстом в зеркальном отображении. Конец XV века был отмечен появлением целого ряда хорошо известных ныне виртуозов гравюры. Самым талантливым из них единодушно признан немецкий художник Альбрехт Дюрер (1471–1528) – величайший мастер, в совершенстве выразивший себя как в штриховой гравюре, так и в офорте.

В конце XVIII века, в эпоху промышленной революции, все большее значение стало приобретать использование машин. Бездушный печатный станок и механические способы воспроизведения изображения понемногу вытеснили ручное гравирование. Оно стало применяться в основном для нанесения орнаментов и охотничьих сюжетов на огнестрельное и холодное оружие, на предметы роскоши вроде карманных часов, придавая еще б'oльшую ценность и без того дорогим вещам.

В России времен Петра I древнерусское слово «резьба» применительно к работе по металлу стало постепенно заменяться французским «гравировка» или «гравирование». Мастер, выполнявший граверные работы, стал называться гравером, т. е. резчиком по металлу.

За многие века своего существования гравировка проникла в самые разные области производства, как художественные (ювелирные украшения, гравюры), так и чисто технические, например производство точных измерительных инструментов и приборов (нанесение делений, градуировка и оцифровка микрометрических и нониусных шкал и т. п.). И хотя в наше время углубленный рисунок на различных материалах можно очень быстро получить с помощью химического и электрического гравирования, эти высокопроизводительные способы все же не смогли вытеснить резцовое гравирование, возникшее в глубокой древности. Это объясняется прежде всего тем, что гравировка, выполненная с помощью металлических резцов, отличается красотой и четкостью гравированных линий, а также особой теплотой, которая свойственна только рукотворным изделиям.

Виды гравировальных работ

Сущность любого вида гравирования заключается в нанесении углубленного изображения на изделие из металла, кости, камня, дерева, стекла и другого материала. В технологии граверного мастерства различают плоскостное (двухмерное) и обронное (трехмерное) гравирование. Приемы плоскостного гравирования наиболее широко распространены в ювелирной практике и декоративно-прикладном искусстве (художественная обработка металлов, дерева, кости, пластмасс). Этот вид гравирования характеризуется обработкой только поверхности изделия, когда резцом наносится декоративный узор, шрифтовые надписи, многофигурные композиции, пейзаж и т. п. Плоскостной гравировкой украшают не только плоские, но и объемные изделия. Возможности этого метода гравирования очень широки: рисунки, графические работы, выполненные резцом (штихелем) на металле, еще более тонкие и совершенные, чем рисунки, сделанные карандашом или даже пером. Гравировка почти на любом материале смотрится очень красиво, и любование ею приносит удовольствие. И, пожалуй, самое важное – гравировка на металле долговечна. Со временем она практически не меняет свой внешний вид.

Плоскостное гравирование имеет несколько направлений. Собственно гравюра (от французского слова graver – вырезать) представляет собой вид графического искусства, где рисунок сначала вырезается или вытравливается на доске (деревянной, металлической или из другого материала), а затем оттискивается с доски на бумагу с помощью печатной краски. Гравюрой называют также оттиск с доски и саму гравированную доску (печатную форму).

Гравюра может быть высокой или выпуклой, если черные (печатающие) штрихи рисунка оставляют на доске нетронутыми, а промежутки между ними вырезают. Если же печатающие штрихи прорезают (или протравливают) вглубь, а промежутки оставляют нетронутыми, гравюра называется глубокой или углубленной. В первом случае печатную краску наносят на поверхность доски, во втором забивают внутрь штрихов, а с поверхности доски стирают. К высокой гравюре относится гравюра на дереве и на линолеуме, к глубокой – разные виды гравюры на металле: резцовая гравюра, офорт, сухая игла и др.

Отдельное место среди гравюр глубокой печати занимает техника меццо-тинто^[1]. При изготовлении печатной формы для меццо-тинто полированная поверхность медной пластины механическим или химическим способом делается зернистой. При печати такая пластина дает ровный черный тон. На зазерненную пластину (чистую или покрытую краской) иглой или карандашом наносится изображение; места, предназначенные быть светлыми, выглаживают или выскабливают, при этом создают постепенные переходы от тени к свету. Гравюры меццо-тинто отличаются глубиной и бархатистостью тона, богатством и тонкостью светотеневых эффектов. Эта техника применялась главным образом для воспроизведения картин.

Гравюра принадлежит столько же искусству, сколько и печатному делу, полиграфии. Из двух разновидностей гравюры развились два основных способа печати: высокая, или типографская, печать (включающая наборный шрифт) и глубокая, или металлографическая, печать. Позже к ним добавился третий способ – плоская печать, к которой относится литография. Печатающие штрихи и промежутки между ними лежат здесь в одной плоскости, на поверхности литографского камня, и печатание основано на химическом принципе.

Распространенным видом граверных работ является гравирование различных надписей и рисунков на портсигарах, часах и прочих предметах. Все эти работы носят общее название – гравирование для вида. В гравировании для вида работа заключается в удалении металла из линий букв текста или рисунка, а фон полируют до получения глянцевой поверхности. Это гравирование, применяемое для украшения изделий, может выполняться как в виде обычной резьбы, так и дополнительно обрабатываться методами гравирования под чернение (чернь) и гравирования под глянец. В первом случае все углубления, созданные гравированием, заполняются специальными темными мастиками. В технологическом отношении такое гравирование отличается только тем, что выполняется несколько глубже, чем обычно, а углубление желательно выполнить шероховатым для лучшего сцепления вводимой в углубление мастики. Во втором случае линиям гравировки придают особенный блеск, матируя иногда фон.

Таушировка – это своеобразный древний прием украшения драгоценными металлами бронзовых и стальных изделий. Процесс представляет собой инкрустацию одного металла другим, более мягким и имеющим меньшую температуру плавления. Сущность процесса заключается в том, что наружную поверхность изделия специальным образом насекают и набивают проволокой (полосами, расплавом) цветного или драгоценного металла в виде узора или рисунка. В одних случаях это тончайший орнамент из завитков и стилизованных растений, в других – изображения животных, птиц или человека. Иногда методом насечки осуществляют надписи на металле, орнаментированные в той или иной манере.

Такая технология применялась для декорирования художественных изделий, предметов бытового назначения, вооружения и боевого снаряжения: мечей, кинжалов, щитов, шлемов, наручей, а позднее и огнестрельного оружия. Следует учесть, что таушировка – это сложный и трудоемкий процесс, требующий от исполнителя большой выдержки, мастерства и сосредоточенности. Техника гравирования отличается высокими художественными достоинствами. Четкость линий, выразительность штриха, строгость и лаконизм заставляют исполнителя быть особенно требовательным к процессу создания гравированной композиции.

Для плоскостного гравирования пригодны почти все металлы и многие неметаллические материалы (кость, дерево, пластмассы, некоторые мягкие породы камня, янтарь и др.). Из металлов лучше всего поддаются гравированию латунь, пробное серебро, некоторые стали. Хорошо гравируются бронза, цинк, никелевые сплавы; хуже гравировать на чистых золоте, серебре, платине, а также алюминии.

Отдельным видом гравирования считается химическое или электрохимическое травление. Эти способы позволяют нанести рисунок следующим образом: металл покрывают слоем кислотоупорного лака, затем на лаке процарапывают нужный узор или текст и все изделие слегка протравливают слабым раствором кислоты или помещают в электролизную ванну.

Обронное (трехмерное) гравирование – способ, при котором резцом создается рельеф или даже объемная (круглая) скульптура из металла. Кроме того, в обронном гравировании выделяют два варианта: выпуклое (позитивное) гравирование, когда рисунок рельефа выше фона (фон углублен, снят^[2]), и углубленное (негативное) гравирование, когда рисунок или рельеф режется внутри фона.

Обронное гравирование по сравнению с плоскостным в современных условиях применяют гораздо шире и чаще. Это объясняется тем, что если при художественном плоскостном гравировании обрабатывают непосредственно поверхность изделия и получают художественное произведение (декоративные предметы, ювелирные изделия и т. п.), то при оброне изготавливают инструменты или приспособления, которыми потом производят художественные изделия серийным или массовым тиражом. К ним относятся производство гравюр, эстампов, офортов, клише для печати, гравирование ситценакатных валов, багетных роликов, конгревных досок, клейм для тиснения, пуансонов и матриц для штамповки, пресс-форм для литья и т. п.

Обронная техника для изготовления уникальных изделий по оригиналу художника сейчас применяется редко. Обронное гравирование – более трудоемкий процесс по сравнению с плоскостным гравированием. Оброном выполняют рельеф (или контррельеф) и объемные предметы (или формы для объемов). Эта работа, естественно, требует снятия значительно большей массы металла с заготовки. Поэтому, кроме резцов, при обронной работе применяют зубила, так как рубить металл значительно легче и скорее, чем резать его штихелем.

Техника обронного гравирования значительно сложнее плоскостного, так как приходится снимать гораздо б'oльшую массу материала с заготовки. При этом следует отличать ручное гравирование (ручными инструментами) от механического, осуществляемого посредством различных приспособлений и гравировальных машин, которые, в свою очередь, делятся на два типа: в одном случае гравер сам управляет движением резца, в другом резец передвигается с помощью специального шаблона, автоматически.

Традиционное механическое гравирование осуществляется остро заточенной вращающейся фрезой путем резки материала. В промышленности существует два важных типа оборудования для механической обработки: ручное, известное как пантограф, и компьютеризированное. Ручное оборудование в основном на сегодняшний день используется в ювелирном деле, для гравировки пивных кружек, ваз, стаканов, фамильных украшений.

Современные компьютеризированные технологии быстро изменили лицо данной индустрии. В новейшем оборудовании используется программное обеспечение, система электронного управления, а также разнообразные приводы (не только обычные электромоторы, но и ультразвуковые двигатели) для точного механического передвижения фрезы вдоль осей гравировки. Гравировальные компьютеризированные станки механической гравировки варьируются от небольших станков, гравирующих кольца, подарки, цилиндрические объекты, до огромных гравировальных комплексов, которые могут осуществлять гравировку партии изделий одновременно.

Небольшие фрезеры применяют для гравировки ювелирных изделий, именных дощечек, призов, наград, небольших сувениров, ручек, бейджей и др. Большие гравировальные станки позволяют обрабатывать либо предметы больших размеров, либо несколько предметов одновременно.

Наиболее важной комплектующей для данного оборудования является хороший набор фрез. Фрезы можно приобрести различных размеров: небольшие используют для гравировки маленьких букв и узоров, большие – для гравировки больших площадей. Для механической алмазной гравировки понадобится специальный алмазный наконечник или переходник (алмазная насадка, которая крепится внизу шпинделя).

В мелкосерийном производстве и при кустарных занятиях в качестве механического оборудования используют медицинские бормашины или другие электрические приводы, оснащенные гибким шлангом с цанговым зажимом, позволяющим закреплять в нем фрезы. Фрезерование таким оборудованием осуществляется вручную.

Существуют некоторые дополнительные комплектующие, которые могут понадобиться в зависимости от области применения фрезерного оборудования. Например, полировочные фрезы используют для полирования гравировки на металлах с покрытием. При таком полировании снимается верхний слой металла. Для гравирования на таких твердых металлах, как нержавеющая сталь, тоже необходимо приобретать специальные фрезы.

При механическом гравировании необходимо хорошо закрепить гравируемые объекты. Производители предлагают различные зажимы для закрепления объектов. В зависимости от используемого оборудования можно использовать устройство даже для круговой гравировки предмета. Некоторые производители предлагают также вакуумный стол и липкий коврик, которые необходимы для закрепления плоских предметов. В то же время можно использовать для данной цели и обычный двусторонний скотч.

Гравировка наград – основная область применения механического гравера, также механический гравер-фрезер применяется для создания вывесок, табличек, содержащих название компании, гравировки подарков: ювелирных изделий, рамок картин, пивных кружок, фляжек, бирок на сумках. Механические граверы могут работать с пластиком, акрилом, стеклом, камнем. Возможна и обработка чистых металлов: алюминия, нержавеющей стали, меди, золота, титана, платины.

К полностью автоматическому типу механического гравирования относится и самая современная его разновидность – лазерное гравирование, при котором на поверхности готового предмета или материала лазерным лучом выжигается рельефная картинка. Лазерный луч может быть настолько сильным, что способен испарить часть материала, выполнить гравирование рисунка и в некоторых случаях осуществить резку материала. Диаметр луча и его мощность задаются оборудованием. Диаметр лазерного луча варьируется от десятых долей миллиметра до нескольких долей сантиметра, поэтому изображение может быть как четким, так и размытым, а линии – тонкими или широкими. С помощью изменения мощности луча можно добиться, чтобы одни элементы изображения оставались на поверхности, а другие глубоко врезались в материал.

В зависимости от того, как двигается луч, лазерное гравирование может быть растровым или контурным. Растровый способ эффективнее для фотографий. При растровом гравировании луч скользит по всей поверхности, что очень похоже на принцип печати на струйном принтере. Процесс этот достаточно медленный, зато качество, получаемое на выходе, весьма высокое. Контурное гравирование больше подходит для букв, цифр, тонких линий. Оно более экономично, так как луч проходит только там, где должно появиться изображение. Соответственно, скорость нанесения выше.

В сфере гравирования наиболее известным типом гравировального оборудования являются лазерные граверы CO₂. Эти инструменты работают на основе производства молекулами углекислого газа длинного инфракрасного излучения, которое отлично подходит для гравирования и резки многих неметаллических материалов, таких как дерево, пластик, стекло, керамика, кожа, листовой искусственный камень и др. Большинство лазерных граверов CO₂ не могут работать с чистым металлом, хотя они успешно производят гравировку на специальном покрытии, нанесенном на металл, например на эмалированной латуни, анодированном алюминии, металле со специальным покрытием.

Другой тип лазерного оборудования представляет собой семейство лазеров, включающее в себя алюмоиттриевый гранат (АИГ) либо твердотельные лазеры. Это семейство лазеров производит отличающийся от лазерных граверов СО₂ по длине волны тип светового излучения, который позволяет работать не только с неметаллическими изделиями, но и с чистым металлом, включая большинство не поддающихся обработке на станке субстратов, таких как очень твердые и прочные стали.

В отличие от традиционной системы, в волоконном лазере для создания светового луча используются волоконные световоды, поэтому данный тип лазерного оборудования использует на 50 % меньше мощности и имеет более продолжительный срок службы, чем АИГ– и СО₂-лазеры. Работа волоконного лазера основывается на применении не требующих поддержки диодов и ламп, которые отличаются низкими затратами на их приобретение и использование, а меньшая опорная поверхность делает их портативными. Также данный тип лазеров отличается очень маленьким размером лазерного пятна и концентрическим лучом, что способствует более высокому разрешению и микроскопической маркировке. Волоконные лазеры работают на основе лучей той же длины, что и АИГ, что позволяет им также гравировать, испарять, обжигать, сваривать металл, гравировать некоторые виды пластика и керамики.

Разумеется, вся эта техника стоит весьма дорого и применяется, как правило, промышленными предприятиями и крупными частными производствами. К тому же, кроме лазерного станка, необходимо и другое высокотехнологичное оборудование. Прежде всего это вытяжка для поглощения дыма, паров и мелкой крошки, образующихся во время работы станка. В зависимости от типа лазера может понадобиться система охлаждения. Зачастую используется специальный сотовый стол, особенно в том случае, если надо резать тонкий материал. Сотовые столы представляют собой решетку, похожую на соты, которая позволяет лучу проходить сквозь материал, а воздуху – находиться под материалом во время его обработки. Такая технология улучшает чистоту резки, делает края резки более качественными, уменьшая возможность возникновения горения и плавки некоторых типов материала во время обработки.

Если необходимо нанести гравировку на предмет округлой формы, понадобится установка для гравировки предметов с округлой формой, таких как бутылки, стаканы, вазы, ручки и др. Устройство круговой гравировки увеличивает многосторонность применения лазерного оборудования.

И наконец, обязательное условие при лазерной гравировке – наличие компьютера и графического редактора для создания изображений и управления лазерным станком. Фактически такой вид гравировки в плане человеческих трудозатрат сводится к изготовлению изображения на экране компьютера и к ручному ремеслу никакого отношения уже не имеет. Большинство лазерных станков управляются через операционную систему Windows, некоторые поддерживают Mac OS. Хотя некоторые производители предлагают собственное программное обеспечение, разработанное для их лазерного оборудования, фактически все лазерные станки могут работать с такими программами, как CorelDRAW и AutoCAD.

Наиболее важным достоинством лазерной гравировки является ее универсальность. Лазерный станок работает с различными материалами, может быть применен как для индивидуального, так и для серийного производства. С помощью лазерной гравировки вы можете работать по следующим направлениям: персональные подарки и ювелирные изделия, набор торговых знаков, вывесок, указателей и т. п., печати, вывески, призы, награды, идентификационная и промышленная маркировка. Пазлы, шахматы, макеты домов, выкройки и прочие подобные предметы тоже могут быть созданы с помощью лазерного станка.

Однако необходимо подчеркнуть следующие слабые стороны лазерных граверов: СО₂-лазер не может работать по чистому металлу и делать скошенные края, обрабатывать ПВХ. Также лазерная гравировка не является многоцветным методом маркировки. Цвета, которые вы можете получить, зависят от реакции обрабатываемого материала на лазерную обработку – само собой, к классическому граверному искусству ее отнести довольно сложно. А поскольку данное издание предназначено для домашних мастеров-самодельщиков, основное внимание мы уделим классическим приемам ручного плоскостного двухмерного гравирования.

Материалы для гравирования

Для гравирования пригодны почти все металлы и многие неметаллические материалы: кость, дерево, пластмассы, стекло, камни некоторых пород и т. п.

Металлы и сплавы

Применяемые для гравирования металлы делятся на три основные группы: черные, цветные и благородные. К первой группе относится сталь; ко второй – медь, цинк, алюминий, олово, свинец, магний и их сплавы; к третьей – серебро, золото, платина. Металлы в чистом виде в качестве конструкционного материала почти не применяют, заменяя их сплавами. Пластичные материалы, такие как красная медь, алюминий, латунь марки Л62, олово, свинец и др., вследствие своей большой мягкости для гравирования малопригодны. Все эти металлы употребляют главным образом при штамповке, клеймении и набивке пуансонами. Для гравирования как ручным способом (штихелями), так и механическим (с помощью пантографа) следует подбирать менее пластичные материалы. Лучшими материалами для гравирования являются: стали У8А, У10, У12, бронза марки Бр2БТ и ОСЦ-4-4-2,5, латунь марки ЛС59, томпак марки Л90, дюралюминий марки Д16Т, гарт. Однако иногда в силу необходимости граверные работы производят и на мягких материалах – малоуглеродистой стали, цинке, бронзе и др.

Углеродистые стали. Этим материалам в производстве уделяется особое внимание, так как сталь используется не только для граверных работ, но и для изготовления граверного режущего инструмента. При использовании стали для гравирования ее непосредственно перед обработкой отжигают, а штихели закаливают.

Сталь – сплав железа с углеродом (2 %) и другими элементами, получаемый главным образом из смеси чугуна, выплавляемого в доменных печах, со стальным ломом. По химическому составу она подразделяется на углеродистую и легированную. Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец (до 1 %), кремний (до 0,4 %) и вредные примеси – серу и фосфор. В состав легированных сталей, помимо указанных компонентов, входят так называемые легирующие элементы (хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, титан и др.), которые повышают качество сталей и придают им особые свойства. Условные обозначения сталей состоят из букв и цифр. Первые две цифры показывают среднее содержание углерода (в сотых долях процента для конструкционных сталей и в десятых долях процента для инструментальных и нержавеющих сталей). Буквами обозначают легирующие элементы (алюминий – Ю; бор – Р; вольфрам – В; кобальт – К, кремний – С, марганец – Г, медь – Д, молибден – М, никель – Н, ниобий – Б, хром – X, титан – Т, углерод – У), а цифрами справа от букв – их среднее содержание (например, сталь 2Х17Н2 содержит 0,2 % углерода, 17 % хрома и 2 % никеля. Если за буквой не стоят цифры, это значит, что содержание легирующего элемента не превышает 1,5 %.

По назначению стали делятся на конструкционные, инструментальные, стали с особыми физическими и химическими свойствами – нержавеющие, жаропрочные, электротехнические и др.

Различают следующие марки инструментальных углеродистых сталей, применяемых в гравировании: У7, У8, У10, У12, У7А, У8А и т. д. Одной из широко используемых марок является сталь У8А. Из нее изготавливают цифровые и буквенные пуансоны, клейма, т. е. инструменты, которые должны обладать достаточной пластичностью при высокой твердости, так как они подвергаются ударам. Эту марку стали используют также для производства матриц при холодной штамповке. Из стали марки У12А делают режущий инструмент, например резцы для пантографа и нанесения штрихов, линий и знаков, штихели различной конфигурации для ручного гравирования, калибрующие маточники и т. п. Когда требуется изготовить режущий инструмент с более высокой стойкостью режущей кромки для обработки твердых материалов (штихели, граверные резцы для пантографа, различные клейма сложной конфигурации), рекомендуется брать для этого легированную инструментальную сталь марки ХВ5.

Цветные металлы. Цветные металлы и их сплавы находят широкое применение при изготовлении шкал, сеток, лимбов и подобных им изделий в приборостроении, а также различных бытовых изделий и бижутерии.

Медь – металл красного цвета, хорошо поддается ковке, прокатке и штамповке в холодном и горячем виде, на ней легко гравировать цифры, знаки, обозначения и линии. Из-за свойства деформироваться и дороговизны медь в чистом виде в гравировальном производстве применяется редко.

Алюминий – металл белого цвета, на воздухе быстро окисляется, но окисная пленка предохраняет его от коррозии. Алюминий хорошо куется, прокатывается и штампуется. В чистом виде алюминий очень мягок и пластичен, но гравировать на нем знаки, линии и обозначения трудно. Более пригодны для гравирования его сплавы с другими цветными металлами. Основным преимуществом алюминия является его легкость.

Цинк – металл голубовато-белого цвета. Как и алюминий, на воздухе быстро окисляется, при этом на его поверхности образуется тонкая пленка, предохраняющая его от дальнейшего окисления. В холодном виде обычно хрупок, легко гравируется, а при нагревании до 120 °C хорошо куется, принимая всевозможные формы. При дальнейшем нагревании цинк снова становится хрупким.

Олово – металл белого цвета, мягкий и тягучий, свободно поддающийся ковке и прокатке. Олово хорошо противостоит действию влаги, воздуха и кислот, легко гравируется. В сплаве со свинцом применяется как припой для пайки.

Свинец – металл серого цвета, быстро тускнеющий на воздухе. Особенностью свинца является его высокая плотность и чрезвычайная мягкость. Любая механическая обработка свинца производится в холодном виде. Свинцовая пыль при плавлении свинца и выделяющиеся газы очень вредны для человеческого организма и вызывают тяжелые отравления.

Цветные сплавы. При изготовлении технических изделий с последующим производством граверных работ наиболее широко применяются латунь, бронза, дюралюминий, гарт и т. д.

Латунь – сплав меди с цинком. Свойства латуни определяются процентным содержанием цинка и других легирующих элементов. Содержание цинка в латуни – от 10 до 42 %. Цифра в марках латуни указывает на процентное содержание в ней меди. Например, марка Л62 обозначает латунь, в состав которой входит 62 % меди, остальное – цинк. Эта марка латуни отличается пластичностью и применяется в граверном деле для штамповки, тиснения клеймами и стальными пуансонами. Латунь марки ЛС59 одинаково успешно используется и для ручного и для механического гравирования, так как дает высокий класс шероховатости.

Томпак – латунный сплав с высоким содержанием меди: не менее 72 % меди и не более 28 % цинка. Чем выше доля цинка, тем тверже сплав, а его цвет светлее, с переходом от красного к золотисто– и светло-желтому. Обладает высокой пластичностью, антикоррозионным и антифрикционными свойствами. К областям применения томпака относятся в основном художественные промыслы, декоративные изделия и монетное дело.

Бронза – сплав меди с другими (кроме цинка) цветными металлами: оловом, алюминием, никелем, кремнием, марганцем и др. Свойства и назначение бронзы различны в зависимости от химического состава. Бронзы подразделяются на алюминиевую, кремнистую, оловянистую, бериллиевую и др. Кадмиевая и бериллиевая бронзы имеют наиболее высокую механическую прочность. Бронзы весьма широко применяются при гравировании.

Дюралюминий – достаточно пластичный и вместе с тем прочный сплав. Дюралюминий содержит, кроме алюминия, медь, магний, кремний и др. Особенно хорошо гравируется механическим способом (т. е. на пантографе).

Типографские сплавы (гарт и др.) являются сплавами свинца, сурьмы и олова. На них хорошо и легко гравировать. Из гарта изготавливают клише с гравировкой и печати различной конфигурации под краску, факсимиле и пр. Применяют и свинцово-сурьмяный баббит, который наиболее дешев и не имеет в своем составе дефицитного металла – олова. Этот сплав легок, а выгравированные на нем изображения сохраняются длительное время.

Пластмассы

Пластмассами называются материалы на основе высокомолекулярных соединений. Путем нагревания они могут быть приведены в пластичное или вязкотекучее состояние, а под давлением – спрессованы или отлиты в изделия требуемой формы. Пластмассы состоят в основном из связывающего материала, пластификатора, наполнителя и красителя. Связывающими материалами служат различные искусственные и естественные смолы (битумы, асфальты, шеллак, канифоль и др.). В качестве наполнителей применяют древесную или кварцевую муку, очесы хлопка, асбестовое или стеклянное волокно, бумагу, хлопчатобумажную ткань, мел, тальк и др., а также различные синтетические материалы. Наполнители, пропитанные связывающим веществом, оказывают существенное влияние на их физико-механические свойства и стоимость и могут содержаться в пластмассах в количестве до 65 %.

В соответствии со свойствами, приобретаемыми при нагреве, пластмассы делятся на две группы:

• термореактивные (необратимые), затвердевающие в результате нагрева и переходящие после отвердевания в неплавкое состояние; к таким пластмассам относятся фенопласты, аминопласты и др.;

• термопластичные (обратимые), не теряющие пластичности при воздействии температуры и давления, отвердевающие при охлаждении и способные плавиться при повторном нагреве. К термопластичным пластмассам относятся: полиэтилен, полистирол, эстролы, амидопласты и др.

Изделия из пластических материалов отличаются малой плотностью, высокими диэлектрическими свойствами, хорошими теплоизоляционными характеристиками, устойчивостью к атмосферным воздействиям, стойкостью к агрессивным средам и резким сменам температур, высокой механической прочностью при различных нагрузках.

Листовые и прутковые материалы являются заготовками для деталей, изготавливаемых механической обработкой. Из пластмасс, применяемых для изготовления изделий с последующим гравированием, наиболее распространены следующие.

Органическое стекло (плексиглас) представляет собой полимеризованный метиловый эфир метакриловой кислоты (полиметилметакрилат). Органическое стекло обладает прозрачностью, не изменяющейся со временем, бесцветностью, морозостойкостью, высокими механическими свойствами, устойчивостью к действию бензина и масел. Недостатками его являются сравнительно низкая теплостойкость (размягчается при нагреве до 85 °С) и недостаточно поверхностная прочность.

Изделия из этого стекла могут быть окрашены в любой цвет путем выдержки в спирто-ацетоновых растворах красителей. Органическое стекло растворяется в дихлорэтане и ацетоне; это свойство используют при склеивании деталей, изготовленных из него. Выпускают органическое стекло в виде листового поделочного материала (толщина листов от 0,8 до 30 мм), который легко поддается всем видам механического и ручного гравирования, хорошо склеивается, формуется и допускает изготовление деталей с любой кривизной.

Целлулоид входит в группу так называемых эфироцеллюлозных пластиков, изготавливаемых на основе различных эфиров целлюлозы и их соединений, получаемых при обработке целлюлозы кислотами или другими веществами. Этот материал бывает прозрачным или непрозрачным, бесцветным или окрашенным. Целлулоид хорошо поддается механической обработке и ручному процессу гравирования, штамповке, склеиванию. Основной недостаток целлулоида – сильная горючесть (вплоть до самовоспламенения при длительном действии прямых солнечных лучей или при нагреве до 100 °С), а также склонность к пожелтению при долгом пребывании на свету. Целлулоид выпускают в листах толщиной от 0,15 до 5 миллиметров.

Винипласт – термопластический материал коричневого цвета. Он обладает чрезвычайно высокой стойкостью к действию воды, бензина, масел, спирта, кислот, щелочей, хорошими диэлектрическими свойствами и большой прочностью на удар; растворяется винипласт в дихлорэтане, ацетоне, бензоле и др. Применяется как конструкционный и электроизоляционный материал, изделия из которого изготавливают методами механической обработки. Винипласт хорошо поддается механическому гравированию, хуже – ручному. Недостатком винипласта является невысокая морозостойкость. При температуре ниже 15 °С материал приобретает хрупкость. Промышленностью выпускается в виде листов и плит толщиной от 1 до 20 мм и в виде труб с внешним диаметром от 10 до 166 мм и толщиной стенки 2–80 миллиметров.

Эбонит – материал черного или темно-коричневого цвета, хорошо поддается механическому и ручному гравированию. После гравирования буквы и другие знаки на нем обычно закрашивают белой краской. Выпускается эбонит в листах размером 1000 x 500 мм и толщиной от 0,5 до 32 мм, а также в виде прутков длиной от 250 до 1000 мм и диаметром от 5 до 75 миллиметров.

Гетинакс – материал коричневого цвета, представляет собой слоистый пластик, наполнителем в котором служит специальная бумага. Он имеет полированную поверхность, гибок при температуре выше 20 °С. Гетинакс является конструкционным и электроизоляционным материалом; хорошо поддается механическому гравированию, хуже – ручному. Изготавливается гетинакс в виде листов размером от 400 x 400 мм и толщиной от 0,2 до 50 миллиметров.

Текстолит – это слоистый пластик, получают его путем горячего прессования листов ткани (бязи, миткаля и др.), пропитанных резольной бакелитовой смолой. Для ручного гравирования он малопригоден ввиду образования ворса. Механическое гравирование возможно при большой частоте вращения резца. В то же время листовой текстолит из шифона^[3] легко поддается обработке любым способом гравирования. Толщина выпускаемых листов текстолита составляет от 0,5 до 70 миллиметров.

Инструменты и приспособления

Инструменты и всевозможные приспособления, которыми гравер пользуется во время работы, обычно отражают направленность его специализации. И если гравировкой, например, занимается домашний мастер-любитель, то его творчество, как правило, ограничивается ручными операциями, а в оснащенности рабочего места основное значение имеют слесарные принадлежности.

На таком рабочем месте могут находиться следующие инструменты и приспособления: большое количество штихелей различной конфигурации, зубильца, сечки, чеканы, матики, зеки, пуансоны, молоток, надфили и рифлевки всевозможных профилей, ножовка, ножницы по металлу, прямая шлифовально-гравировальная машинка (инструмент Dremel) или бормашина с набором зубных боров, оселки для заточки штихелей, слесарный угольник, пространственный угольник-притир, разметочная плита и наковальня, лекальные тиски, шаровые тиски, струбцины, штангенциркуль, колумбус, универсальный штангенциркуль (штангенрейсмас), микрометр, линейка, чертилка, приспособления для ручного гравирования рисок, специальные защитные очки (они могут быть с увеличительными стеклами), часовая лупа и лупа с измерительной шкалой, а также густотертая белая краска и различные химические реактивы для декоративной обработки изделия.

Разумеется, обилие необходимой оснастки, инструментов и приспособлений требует специального обустройства рабочего места, поскольку беспорядок в хранении инструмента и материалов снижает качество работы и повышает вероятность травматизма. Таким образцовым рабочим местом можно считать изображенный на рис. 1 универсальный ювелирно-граверный верстак. Если вы собираетесь посвятить много времени своему увлечению или превратить хобби в источник заработка, имеет смысл изготовить такой же верстак или переделать по описанному ниже принципу подходящий стол.

В отличие от обычных слесарных верстаков, показанный верстак напоминает письменный стол с выступом с правой стороны на столешнице для удобства опоры локтя правой руки. С левой его стороны имеется подъемно-поворотный подлокотник, который в процессе работы может выдвигаться и поворачиваться. Подушка подлокотника, изготовленная из поролона и покрытая дерматином, закреплена на металлической пластинке, к которой приварен подъемно-регулировочный винт. Подлокотник вращается на оси и крепится подъемно-регулировочным винтом в том или ином положении.

Каркас верстака сварной и изготовлен из угловой стали размером 36 x 36 мм, а ножки – из угловой стали 50 x 50 мм. Длина верстака 1100 мм, ширина с левой стороны 375 мм, а с правой, с учетом выступа, 775 мм, высота 875 мм. С боков верстак обшит листовым железом толщиной 1–1,5 мм. Крышка (столешница) изготовлена из фанеры толщиной 25 мм и покрыта линолеумом.

Рис. 1. Универсальный ювелирно-граверный верстак: 1 – каркас; 2 – полочка; 3 – коробка с набором штихелей; 4, 5 – призмы; 6 – шарнирно-поворотная электролампа с линзой; 7 – столешница; 8 – настольная наковальня; 9 – место расположения молотков; 10 – место расположения напильников; 11–14 – выдвижные ящики; 15 – круглая наковальня; 16 – фенагель; 17 – выдвижной сборник; 18 – сиденье со спинкой; 19 – спиральная пружина стула; 20 – тренога стула; 21 – труба кронштейна; 22 – ось консоли; 23 – подъемно-регулировочный винт подлокотника; 24 – опора для ног (труба); 25 – коробка с инструментом; 26 – подлокотник.

Длина столешницы – 1200 мм, ширина с левой стороны – 425 мм, а с правой, с учетом выступа, – 825 мм, общая высота верстака с крышкой – 900 мм. Над крышкой с двух боковых сторон укреплены деревянные бортики, а с задней стороны они соединены с полочкой, где хранят призмы, инструмент, детали, предназначенные для гравирования. С левой стороны подлокотника имеются два ящика, в которые вставляют настольные коробки с набором штихелей и прочим граверным инструментом. На правой стороне выступа верстака находится тумбочка с четырьмя деревянными выдвижными ящиками для хранения чертежей, вспомогательного инструмента и готовых деталей. С левой стороны тумбочки под крышкой имеется выступ, в нижней части которого приварена к каркасу стальная пятимиллиметровая пластина (полочка) для размещения бормашины и ударно-режущего инструмента (молотков, зубил, чеканов и др.), а на передней части полочки закреплена круглая наковальня с резиновой прокладкой внизу во избежание шума при ударе молотком по выправляемой или вырубаемой детали. В центре верстака напротив сидящего гравера закреплен с двух сторон винтовыми эксцентриками деревянный фенагель, предназначенный для обработки на нем деталей. Под фенагелем имеется выдвижной сборник, в котором собирается стружка.

Подъемно-поворотный стул может не только свободно поворачиваться в обе стороны, но и легко перемещаться вперед и назад за счет того, что в центре трубы (опора для ног) приварена втулка, в которую вставлен палец (ось) консоли. В отверстие консоли вставлена труба кронштейна (большая консоль), приваренного к втулке треноги стула. При необходимости кронштейн со стулом может перемещаться вперед и назад и закрепляться винтом консоли. При работе, когда гравер сидит на стуле, ножки треноги, опираясь на пол, создают опору для корпуса тела работающего; но достаточно ему встать со стула, как тут же спиральная пружина разжимается и поднимает одновременно сиденье со спинкой и треногу стула. Стул, приподнявшись от пола с помощью пружины, легко поворачивается на оси консоли и свободно убирается под крышку верстака.

Для освещения обрабатываемых на фенагеле деталей необходимо иметь настольную шарнирно-поворотную электрическую лампу напряжением 36 В с линзой.

Чтобы исключить непредвиденные потери времени в процессе работы, рекомендуется обратить особое внимание на раскладку инструмента перед началом работы в такой последовательности, чтобы он всегда был под руками: с правой стороны следует укладывать молотки, зубильца, сечки, чеканы, настольную наковальню, набор надфилей и напильник, а с левой стороны – ящик с набором штихелей.

Освещение гравируемой детали может быть естественным и искусственным. Верстак должен быть установлен вдоль или поперек окон так, чтобы естественный свет падал на рабочее место равномерно и не давал ярких бликов или резких теней. Однако в любом случае очень важно, чтобы свет был мягким, поэтому надо избегать освещения поверхности гравируемой детали прямыми солнечными лучами и лампами большой мощности, так как оно утомляет зрение гравера. При ярком солнечном свете окна желательно занавесить шторами из тонкого светло-голубого полотна, которые поглощают лучи солнца и дают мягкое отражение на гравируемой поверхности.

Кроме того, необходимо избегать резкого бокового освещения. На пути лучей света, идущих с боков, надо ставить полупрозрачные или темные экраны. Для четкой видимости штрихов на гравируемой детали необходимо, чтобы угол