Технология художественной обработки материалов

ТЕХНОЛОГИЯ 
ХУДОЖЕСТВЕННОЙ  ОБРАБОТКИ 
МАТЕРИАЛОВ

Даны сведения по истории литья, ковки, художественной обработ
ки камня. Рассмотрены информационные технологии, основные 

способы художественной обработки металлических  и неметал
лических материалов, особенности применения этих материа
лов, инструментов и оборудования.

 
ТЕХНОЛОГИЯ 
ХУДОЖЕСТВЕННОЙ  ОБРАБОТКИ 
МАТЕРИАЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ 
ХУДОЖЕСТВЕННОЙ  ОБРАБОТКИ 
МАТЕРИАЛОВ

Оглавление 

1 

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИЯ  
ХУДОЖЕСТВЕННОЙ  ОБРАБОТКИ  
МАТЕРИАЛОВ 
 
Допущено учебно-методическим советом Сибирского 
федерального университета в качестве учебника для 
студентов, обучающихся по направлениям подготовки 
22.04.01.04 «Синтез и литье новых металлических материалов», 22.04.02.10 «Технологии ювелирной и художественной обработки», 29.03.04 «Технология художественной обработки материалов» 
 
 
Под общей редакцией И. А. Капошко 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2021 

Оглавление 

2 

УДК 739.2(07) 
ББК 34.799.8я73 
         Т384 
 
 
 
А в т о р с к и й   к о л л е к т и в:  
И. А. Капошко, С. Б. Кузембаев, Л. С. Кузембаева, С. В. Мишнёв, 
В. Г. Березюк, С. И. Лыткина  
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы:  
К. В. Сафонов, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой «Прикладная механика» Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнёва; 
Ж. О. Нурмаганбетов, доктор технических наук, профессор кафедры 
«Инженерные технологии и транспорт» Кокшетауского государственного университета им. Ш. Уалихонова 
 
 
 
 
 
 
 
 
Т384 
            Технология художественной обработки материалов : 
учебник / И. А. Капошко, С. Б. Кузембаев, Л. С. Кузембаева [и др.] ; 
под общ. ред. И. А. Капошко. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 
2021. – 500 с. 
ISBN 978-5-7638-4139-8 
 
Даны сведения по истории литья, ковки, художественной обработки 
камня. Рассмотрены  информационные технологии, основные способы художественной обработки металлических и неметаллических материалов, особенности 
применения этих материалов, инструментов и оборудования. 
Предназначен для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 
22.04.01.04 «Синтез и литье новых металлических материалов», 22.04.02.10 «Технологии ювелирной и художественной обработки», 29.03.04 «Технология художественной обработки материалов». 
 
Электронный вариант издания см.: 
http://catalog.sfu-kras.ru 
УДК 739.2(07)  
ББК 34.799.8я73 
 
ISBN 978-5-7638-4139-8                                                           © Сибирский федеральный  
                                                                                                         университет, 2021 

Оглавление 

3 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
 
ПРЕДИСЛОВИЕ ...................................................................................................... 7 
 
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................... 9 
 
1. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ   
    ХУДОЖЕСТВЕННЫХ  МАТЕРИАЛОВ ......................................................... 13 
1.1. Сплавы для художественных отливок ...................................................... 13 
1.1.1. Отливки и сплавы ............................................................................ 13 
1.1.2. Литейные свойства сплавов ............................................................ 14 
1.1.3. Обзор литейных художественных  
 и ювелирных сплавов ............................................................................... 15 
1.2. Металлы и сплавы для обработки давлением .......................................... 32 
1.2.1. Свойства и классификация сталей и сплавов ............................... 32 
1.2.2. Сортамент стали .............................................................................. 35 
1.2.3. Режимы нагрева металлов .............................................................. 36 
1.2.4. Время нагрева .................................................................................. 39 
1.3. Минералогия ювелирных и поделочных камней .................................... 40 
1.3.1. Общие сведения о минералах ........................................................ 40 
1.3.2. Конституция минералов:  
          строение и химический состав ....................................................... 43 
1.3.3. Морфология минералов .................................................................. 52 
1.3.4. Свойства минералов ........................................................................ 79 
1.3.5. Генезис минералов .......................................................................... 91 
1.3.6. Систематика минералов ............................................................... 103 
1.4. Ювелирные и поделочные камни ........................................................... 122 
1.4.1. Понятие ювелирных и поделочных камней ............................... 122 
1.4.2. Особенности состава, происхождения  
          и качественная характеристика  
          полиминеральных цветных камней ............................................. 123 
1.4.3. Основные свойства и происхождение  
ювелирных разностей биолитов ................................................. 127 
1.4.4. Оценка ювелирных камней .......................................................... 134 
1.4.5. Экспертная оценка бриллиантовая ............................................. 139 
Контрольные вопросы и задания к главе 1 .................................................. 150 
Библиографический список к главе 1 ........................................................... 151 
 

Оглавление 

4 

2. ХУДОЖЕСТВЕННОЕ ЛИТЬЕ ....................................................................... 153 
2.1. История литейного дела ........................................................................... 153 
2.2. Классификация художественных отливок ............................................. 158 
2.3. Плавка сплавов ......................................................................................... 161 
2.3.1. Общие сведения о плавке сплавов ............................................... 161 
2.3.2. Шихтовые металлические материалы ......................................... 162 
2.3.3. Шихтовые неметаллические материалы ...................................... 163 
2.3.4. Расчет шихты ................................................................................. 164 
2.3.5. Плавильные печи ........................................................................... 166 
2.3.6. Подготовка шихты для плавки ..................................................... 168 
2.3.7. Особенности плавки сплавов ........................................................ 168 
2.4. Литье в разовые песчано-глинистые формы .......................................... 170 
2.4.1. Общие данные ................................................................................ 170 
2.4.2. Формовочные материалы и смеси ................................................ 170 
2.4.3. Изготовление литейных форм и стержней .................................. 180 
2.5. Литниковая система, ее назначение и устройство ................................ 254 
2.5.1. Основные понятия ......................................................................... 254 
2.5.2. Типы литниковых систем ............................................................. 258 
2.5.3. Расчет литниковой системы ......................................................... 260 
2.5.4. Подвод металла в полость формы ............................................... 264 
2.6. Специальные виды художественного литья .......................................... 265 
2.6.1. Изготовление отливок по выплавляемым моделям ................... 265 
2.6.2. Литье в гипсовые формы .............................................................. 292 
2.6.3. Литье в керамические формы, изготовленные  
          по постоянным моделям ............................................................... 296 
2.6.4. Литье по газифицируемым моделям ........................................... 298 
2.6.5. Вакуумно-пленочное изготовление форм ................................... 300 
2.6.6. Литье в кокиль ............................................................................... 302 
2.6.7. Литье под давлением .................................................................... 303 
2.6.8. Центробежное литье ..................................................................... 304 
2.7. Подготовка форм к заливке ..................................................................... 304 
2.7.1. Окраска форм и стержней ............................................................. 304 
2.7.2. Сушка форм и стержней ............................................................... 305 
2.7.3. Сборка и подготовка форм к заливке .......................................... 306 
2.8. Выбивка, очистка и отделка отливок ...................................................... 308 
2.8.1. Выбивка отливок из форм ............................................................ 308 
2.8.2. Обрубка отливок ........................................................................... 310 
2.8.3. Очистка отливок ............................................................................ 311 
2.9. Контроль качества отливок ..................................................................... 313 
2.9.1. Дефекты отливки ........................................................................... 313  
2.9.2. Основные виды брака в отливках  
          и причины его образования .......................................................... 313 
2.10. Механическая обработка  
         и сборка художественных отливок ....................................................... 316 
2.10.1. Сущность и значение обработки отливок ............................... 316 

Оглавление 

5 

2.10.2. Термическая обработка ............................................................. 317 
2.10.3. Обработка поверхности отливок .............................................. 318 
2.10.4. Чеканка отливок ......................................................................... 319 
2.10.5. Сборка отливок .......................................................................... 320 
2.10.6. Окраска отливок  ........................................................................ 321 
2.10.7. Химическое декорирование ...................................................... 322 
Контрольные вопросы и задания к главе 2 ................................................... 325 
Библиографический список к главе 2 ............................................................ 326 

3. ОСНОВЫ  ХУДОЖЕСТВЕННОЙ  КОВКИ  МЕТАЛЛОВ.......................... 329 
3.1. История кузнечного дела ......................................................................... 329 
3.2. Общие сведения о ковке металла ............................................................ 331 
3.3. Кузнечный инструмент и оборудование ................................................ 333 
3.3.1. Кузнечные горны ........................................................................... 333 
3.3.2. Пневматические молоты ............................................................... 334 
3.3.3. Инструменты и приспособления .................................................. 341 
3.4. Операции при ковке металла ................................................................... 351 
3.4.1. Классификация поковок и операций ковки ................................. 351 
3.4.2. Предварительные операции .......................................................... 352 
3.4.3. Протяжка, разгонка и раскатка ..................................................... 355 
3.4.4. Протяжка в плоских бойках.......................................................... 357 
3.4.5. Протяжка в вырезных бойках ....................................................... 360 
3.4.6. Прочие операции ........................................................................... 362 
3.5. Соединение деталей ................................................................................. 365 
3.5.1. Общие данные о соединении деталей .......................................... 365 
3.5.2. Соединение хомутами ................................................................... 366 
3.5.3. Клепка ............................................................................................. 366 
3.5.4. Сварка ............................................................................................. 367 
Контрольные вопросы и задания к главе 3 ................................................... 368 
Библиографический список к главе 3 ........................................................... 368 

4. ХУДОЖЕСТВЕННАЯ  ОБРАБОТКА  КАМНЯ ........................................... 369 
4.1. Краткая история развития промысла в России ...................................... 369 
4.2. Инструменты для обработки камня ........................................................ 372 
4.3. Общая технология обработки камня ...................................................... 381 
4.4. Изготовление художественных изделий ................................................ 386 
4.5. Изготовление кабошона ........................................................................... 392 
4.6. Изготовление плоских изделий ............................................................... 396 
4.7. Разработка художественно-промышленного  
       изделия из камня – шкатулки .................................................................. 397 
4.8. Изготовление бусин ................................................................................. 402 
Контрольные вопросы и задания к главе 4 ................................................... 403 
Библиографический список к главе 4 ........................................................... 403 

5. СИСТЕМЫ  АВТОМАТИЗИРОВАННОГО  ПРОЕКТИРОВАНИЯ  
    И  МОДЕЛИРОВАНИЯ ................................................................................... 404 
5.1. Понятия информационных систем и технологий ................................. 404 

Оглавление 

6 

5.2. Основные понятия и концепции CALS-технологий ............................ 408 
5.2.1. Жизненный цикл изделия (продукции)  
          и его составляющие ..................................................................... 408 
5.2.2. Сущность CALS-технологии. Стандарты ISO ........................... 413 
5.2.3. Информационная поддержка процессов  
          эксплуатации изделий .................................................................. 421 
5.3. Системы автоматизированного проектирования .................................. 426 
5.3.1. Сущность проектирования. Цели и принципы  
          построения САПР ......................................................................... 426 
5.3.2. Виды обеспечения САПР ............................................................ 432 
5.4. Системы компьютерной графики  
       и геометрического моделирования ........................................................ 445 
5.4.1. Средства компьютерной графики............................................... 445 
5.4.2. Системы геометрического моделирования ............................... 451 
Контрольные вопросы и задания к главе 5 .................................................. 454 
Библиографический список к главе 5 ........................................................... 455 

6. ТЕХНОЛОГИИ  БЫСТРОГО  ПРОТОТИПИРОВАНИЯ ............................ 457 
6.1. Сущность быстрого прототипирования ................................................. 457 
6.2. Технологии быстрого прототипирования .............................................. 461 
6.3. 3D-принтеры ............................................................................................. 471 
6.4. Использование быстрого прототипирования  
       при художественной обработке материалов ......................................... 474 
Контрольные вопросы и задания к главе 6 ................................................... 476 
Библиографический список к главе 6 ........................................................... 476 

7. ГЛОБАЛЬНЫЕ  И  ЛОКАЛЬНЫЕ   
    ИНФОРМАЦИОННЫЕ  СЕТИ ...................................................................... 478 
7.1. Сущность и классификация сетей .......................................................... 478 
7.2. Глобальные информационные сети ........................................................ 481 
7.2.1. Общие данные .............................................................................. 481 
7.2.2. Основные возможности сети Интернет ...................................... 482 
7.3. Локальные информационные сети ......................................................... 485 
7.3.1. Понятие и особенности локальных сетей................................... 485 
7.3.2. Состав и структура функционирования локальной сети .......... 487 
7.3.3. Методы доступа, применяемые в локальных сетях .................. 491 
7.4. Социальные сети ...................................................................................... 493 
Контрольные вопросы и задания к главе 7 ................................................... 497 
Библиографический список к главе 7 ............................................................ 498 

Предисловие 

7 

 
ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
 
Художественная обработка природных материалов возникла в глубокой древности. Находят каменные статуэтки – изваяния так называемых 
«богинь плодородия», созданные в эпоху палеолита. В древнем Перу, 
Мексике, Египте искусство обработки камня достигло невероятного уровня. Золотые изделия скифов, бронзовое литье Великого Бенина, орнамент 
ковров Иссыкских курганов вызывают восхищение не только знатоков, но 
и неискушенных зрителей. 
Без преувеличения можно сказать, что до эпохи массового производства художественная обработка материалов являлась важной составной 
частью производства. Ремесленники не просто создавали товарную продукцию (оружие, предметы обихода и пр.), но и всячески украшали резьбой, 
чеканкой и другими способами, будь то сабля или глиняный горшок. 
И в настоящее время обработка материалов, природных и искуственных, остается одним из популярных видов деятельности, причем не только в любительском, но и в промышленном масштабе (например, литье колоколов). 
Число желающих заняться художественной обработкой того или 
иного материала постоянно увеличивается. 
В свободном доступе представлен большой информационный материал практически по всем видам обработки художественных материалов. Издано немало литературы как научно-популярного направления, так 
и обучающей. В Интернете можно найти советы любого профиля: и для 
начинающих (осваивать азы мастерства), и для профессионалов, и для 
асов своего дела. 
Но, к сожалению, весь этот массив ценнейшей информации          
не структурирован. Какого-либо учебного пособия, всесторонне охватывающего предмет, нет. С одной стороны, это объясняется широкой           
номенклатурой материалов и методов их обработки, с другой – областью 
профессиональной деятельности авторов. Об информационных технологиях в сфере художественной обработки материалов данных очень мало. 
В России мастеров художественной обработки высшего звена (бакалавров) готовят в вузах по ФГОС 261400 «Технология художественной 
обработки материалов», а среднего и нижнего – в профессиональнотехнических школах и колледжах по группе специальностей 54.01.ХХ, 
например, 54.01.02 «Ювелир» или 54.01.15 «Инкрустатор». И если в вузах, 

Предисловие 

8 

как правило, изучают компьютерное проектирование и моделирование, то 
в колледжах – обычно нет. 
Коллектив авторов книги постарался исправить сложившееся положение, обобщив информацию и дополнив ее своими профессиональными знаниями. Каждый автор имеет не только большой практический опыт 
в своей области художественной обработки материалов (камень, литье, 
ковка и др.), но и опыт преподавания в течение многих лет теоретических 
основ профильных дисциплин. 
В представленном вашему вниманию учебнике рассмотрены информационные технологии, которые возможно и желательно использовать 
при различных методах обработки металлов и камней. Они также применимы и при аналогичной обработке других материалов, например, резьба 
по дереву или кости и т. д. 
Глава первая написана доктором технических наук, профессором 
С. Б. Кузембаевым, кандидатом технических наук, доцентом И. А. Капошко; глава вторая – доктором технических наук, профессором С. Б. Кузембаевым, кандидатом технических наук, доцентом В. Г. Березюком; глава 
третья – кандидатом технических наук, доцентом С. В. Мишнёвым, кандидатом технических наук, доцентом С. И. Лыткиной; глава четвёртая – 
кандидатом технических наук, доцентом И. А. Капошко, кандидатом технических наук, доцентом С. И. Лыткиной; глава пятая – доктором технических наук, профессором С. Б. Кузембаевым, кандидатом технических 
наук, доцентом В. Г. Березюком; глава шестая – магистром машиностроения Л. С. Кузембаевой, доктором технических наук, профессором С. Б. Кузембаевым; глава седьмая – доктором технических наук, профессором       
С. Б. Кузембаевым, кандидитом технических наук, доцентом И. А. Капошко. 
Книга выходит под общей редакцией инженера-художника, кандидата технических наук, доцента Инги Анатольевны Капошко. 

Введение 

9 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Художественная обработка материалов является творчеством,       
которое включает в себя технологические приемы различных видов декоративного искусства. 
Художественно обработать можно металлы, неметаллы (камень, 
дерево, кость, керамику и др.), ткани и т. д., практически любые материалы. В настоящее время используют в основном металлы, особенно благородные – золото, серебро, платину; в меньшей мере – черные и цветные: 
сталь, чугун, алюминий и т. д., поделочные камни и древесину. 
Декоративная обработка металлов может осуществляться механическими способами (чеканка, гравировка, филигрань) и нанесением защитно-декоративных покрытий (эмалирование, чернение, оксидирование, 
золочение, серебрение, родирование и др.). Но ведущими видами художественной обработки металлов авторы полагают художественные литье 
и ковку как создающие основу для применения других методов, выше        
перечисленных. Так, гравировку издавна наносили на кованое оружие 
(кинжалы, сабли), а отливки золотили. 
Прекрасным материалом для прикладного и ювелирного искусства 
является камень. Изделия, изготовленные из камня или с использованием 
каменных вставок, пользуются в настоящее время повышенным спросом. 
Это способствует росту потребности в специалистах в области художественной обработки камня. 
Отлить миниатюрную ажурную шкатулочку или многотонный колокол, украшенный барельефом, по плечу только мастеру, досконально 
знающему свойства литейного сплава, особенности его поведения при 
плавке и затвердевании – переходе из жидкого состояния в твердое. 
Создание технологий обработки минералов и горных пород невозможно без знаний свойств каменных материалов, условий их образования 
и строения. Специфические свойства имеют и другие материалы, используемые для художественных целей. 
Изучением свойств материалов занимается наука материаловедение. Оно имеет много подразделов соответственно отраслям производства. 
К примеру, сплавы благородных металлов изучаются в общем материаловедении, металловедении, ювелирном материаловедении, материаловедении для стоматологов и др., но каждая из них подходит со своих точек 
зрения, со своими специфическими требованиями. Поэтому, хоть сведе