Изготовление художественных изделий из металлов и сплавов с учетом требований охраны труда

 
 
 
 
 
 
 
 
 
ИЗГОТОВЛЕНИЕ  
ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ 
ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 
 С УЧЕТОМ ТРЕБОВАНИЙ 
ОХРАНЫ ТРУДА 
 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 

УДК 331.45+505.06+673.3+674 
ББК 65.246+20.18 
И35 
 
 
Авторы: 
Мамедова И. Ю., Шумилин В. К., Лившиц В. Б., 
Дрюкова А. Э., Дрюков М. В. 
 
Рецензенты: 
зав. кафедрой метрологии и стандартизации РТУ МИРЭА, д. т. н.,  
проф. Минаева Ольга Александровна; 
доц., к. т. н., доц. кафедры «Технология промышленной и художественной обработки 
материалов» Института строительства и архитектуры им. Шумилова ИжГТУ 
им. Калашникова Конягина Татьяна Владимировна 
 
 
 
 
 
 
И35   
Изготовление художественных изделий из металлов и сплавов с 
учетом требований охраны труда : учебное пособие / [Мамедова И. Ю. 
и др.]. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 436 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1968-0 
 
Рассмотрены технологии изготовления художественных изделий из цветных и 
чёрных металлов и сплавов методами литья, обработки металлов давлением, сварки, 
пайки, методами механической обработки и применяемое для этого оборудование. 
Рассмотрены разные аддитивные технологии и оборудование для изготовления  
3D-моделей, мастер-моделей, прототипов, заготовок и художественных изделий. 
Приведены современные требования норм и меры по охране труда для каждой из этих 
групп технологических процессов и оборудования.  
Книга рекомендуется бакалаврам, магистрам и аспирантам, изучающим технологию художественной обработки металла, другим студентам, обучающимся по 
инженерно-техническим направлениям, особенно в области аддитивных технологий и 
техносферной безопасности. Книга может быть полезна преподавателям, работникам, 
связанным с технологиями ОМД, сварки, пайки, механообработки и с аддитивными 
технологиями на производстве, а также широкому кругу читателей, интересующихся 
дизайном и современными технологиями обработки художественных изделий из 
металла.  
УДК 331.45+505.06+673.3+674 
ББК 65.246+20.18 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1968-0 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Предисловие ............................................................................................................. 9 
Введение .................................................................................................................. 12 
 
Глава 1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ  
МЕТОДАМИ ЛИТЬЯ ........................................................................................... 26 
1.1. Общая характеристика литейных производств 
............................................. 26 
1.2. Характеристика технологии литья по выплавляемым моделям ................. 27 
1.3. Литье в оболочковые формы 
........................................................................... 32 
1.3.1. Технологический процесс и формовочные материалы 
....................... 32 
1.3.2. Связующие материалы и изготовление форм ...................................... 33 
1.4. Литье по газифицируемым моделям .............................................................. 36 
1.5. Литье в постоянные формы 
............................................................................. 37 
1.5.1. Литье в кокиль 
......................................................................................... 37 
1.5.2. Литье под давлением .............................................................................. 38 
1.5.3. Литье под регулируемым давлением .................................................... 40 
1.5.4. Литье с кристаллизацией под давлением ............................................. 42 
1.6. Другие современные виды литья 
.................................................................... 43 
1.6.1. Литье методом МИМ-технологии 
......................................................... 43 
1.6.2. Литье по технологии «автофордж-процесс» 
........................................ 45 
1.6.3. Изготовление заготовок из жидкотвердых, твердожидких 
и твердых сплавов ............................................................................................. 48 
Вопросы для самоконтроля (самопроверки) ........................................................ 53 
 
Глава 2. ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕФОРМИРУЕМЫХ  
ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ 
.................................................................... 56 
2.1. Общая характеристика процессов ОМД ........................................................ 56 
2.1.1. Пластичность металлов и сплавов ........................................................ 56 
2.1.2. Способы обработки металлов давлением 
............................................. 56 
2.1.3. Деформируемые сплавы, применяемые в ОМД .................................. 59 
2.2. Нагрев металла и нагревательные устройства .............................................. 60 
2.3. Горячая обработка металлов на молотах ....................................................... 63 
2.4. Оборудование для холодной ОМД 
................................................................. 72 
2.5. Технологические процессы изготовления художественных изделий ........ 75 
2.5.1. Чеканка ..................................................................................................... 75 
2.5.2. Давильные работы 
................................................................................... 77 
2.5.3. Изготовления изделий из листового материала 
................................... 77 
2.5.4. Технология изготовления декоративных изделий 
............................... 81 
2.5.5. Примеры технологий изготовления ювелирных изделий .................. 84 
Вопросы для самоконтроля (самопроверки) ........................................................ 86 
 
 
 
3 

Глава 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ  
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ 
....................... 88 
3.1. Общая характеристика способов соединения материалов 
 в художественных изделиях 
.................................................................................. 88 
3.2. Способы и технология сварки плавлением ................................................... 93 
 3.2.1. Основы технологии дуговой сварки .................................................... 94 
 3.2.2. Основы технологии лучевых способов сварки ................................. 106 
 3.2.3. Газовая сварка ...................................................................................... 111 
3.3. Способы и технология сварки давлением ................................................... 112 
 3.3.1. Основы технологии сварки давлением с дополнительным 
 нагревом соединяемых деталей .................................................................... 112 
 3.3.2. Основы технологии сварки давлением без дополнительного 
 нагрева соединяемых деталей ............................................................................. 117 
3.4. Контроль технологии и качества сварных соединений 
.............................. 118 
3.5. Способы и технология пайки металлов ....................................................... 119 
 3.5.1. Основные понятия и классификация пайки ...................................... 120 
 3.5.2. Припои и флюсы для пайки ................................................................ 124 
 3.5.3. Конструктивные особенности паяных соединений 
.......................... 126 
 3.5.4. Технология пайки 
................................................................................. 127 
Вопросы для самоконтроля (самопроверки) ...................................................... 130 
 
Глава 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 
МЕХАНООБРАБОТКИ ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ 
..................... 132 
4.1. Классификация металлообрабатывающих станков .................................... 132 
4.2. Требования, предъявляемые к обрабатываемым поверхностям ............... 137 
 4.2.1. Шероховатость ..................................................................................... 137 
 4.2.2. Система допусков и посадок 
............................................................... 138 
 4.2.3. Погрешности формы 
............................................................................ 143 
4.3. Характеристики способов механообработки, режимов резания 
 и параметров инструмента .................................................................................. 143 
 4.3.1. Характеристики способов механообработки .................................... 143 
 4.3.2. Выбор режимов резания и параметров инструмента 
 для операций точения .................................................................................... 147 
 4.3.3. Выбор режимов резания и параметров инструмента 
 для операций сверления ................................................................................ 151 
 4.3.4. Выбор режимов резания и параметров инструмента 
 для операций фрезерования .......................................................................... 154 
 4.3.5. Выбор режимов обработки и параметров инструмента 
 для операций шлифования ............................................................................ 161 
 4.3.6. Финишные виды обработки ................................................................ 167 
4.4. Элементы систем управления оборудованием 
............................................ 170 
Вопросы для самоконтроля (самопроверки) ...................................................... 173 
 
4 

Глава 5. АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ МОДЕЛЕЙ,  
МАСТЕР-МОДЕЛЕЙ, ЗАГОТОВОК И ХУДОЖЕСТВЕННЫХ  
ИЗДЕЛИЙ ............................................................................................................. 175 
5.1. Основные области применения аддитивных технологий .......................... 175 
5.2. Схема получения физической модели и классификация технологий ...... 180 
5.3. Стереолитография .......................................................................................... 182 
5.4. Технология селективного или избирательного лазерного сплавления .... 186 
5.5. Технология лазерного ламинирования ........................................................ 189 
5.6. Технология наложения жидкой или расплавленной полимерной нити ...... 
191 
5.7. Технология струйного моделирования ........................................................ 195 
5.8. Процесс отверждения на твердом основании ............................................. 197 
5.9. Выборочное тепловое спекание 
.................................................................... 198 
5.10. Порошковая струйная печать 
...................................................................... 200 
5.11. Способ прямого нанесения металлических порошков 
............................. 202 
5.12. Способ спекания металлического порошка 
............................................... 205 
5.13. Метод ультразвукового формирования ..................................................... 206 
5.14. Другие аддитивные технологии 
.................................................................. 207 
5.15. Получение 3D-моделей путем сканирования 
............................................ 210 
5.16. Примеры оборудования для разных аддитивных технологий ................ 214 
5.16.1. Оборудование для стереолитографии ............................................. 215 
5.16.2. Оборудование для селективного или избирательного 
лазерного сплавления 
.................................................................................... 218 
5.16.3. Оборудование для технологии лазерного ламинирования 
и технологии послойного склеивания ......................................................... 223 
5.16.4. Оборудование для технологии наложения жидкой  
или расплавленной полимерной нити ......................................................... 224 
5.16.5. Оборудование для технологии порошковой струйной печати ..... 226 
5.16.6. Способ прямого нанесения металлических порошков .................. 229 
5.16.7. Установка для метода ультразвукового формирования ................ 232 
5.16.8. Установки электроискрового плазменного спекания 
.................... 233 
Вопросы для самоконтроля (самопроверки) ...................................................... 234 
 
Глава 6. ТРЕБОВАНИЯ И МЕРЫ ПО ОХРАНЕ ТРУДА  
ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ  
И ОБОРУДОВАНИЯ .......................................................................................... 236 
6.1. Система управления охраной труда в организациях 
.................................. 236 
6.1.1. Нормативная база и основные положения СУОТ 
............................ 236 
6.1.2. Специальная оценка условий труда 
................................................... 237 
6.1.3. Оценка профессиональных рисков для любых технологий –  
это составная часть СУОТ 
.................................................................................... 240 
6.2. Общий порядок работ по выполнению требований норм по охране 
труда для разных технологий 
............................................................................... 243 
6.3. Организация рабочих мест с учетом требований по эргономике ............. 246 
 
5 

6.4. Порядок работ по выполнению требований норм по охране труда 
для технологий литейных и ОМД ....................................................................... 252 
6.4.1. Основные нормативные документы, необходимые  
при выборе мер по охране труда для литейных технологий .................... 252 
6.4.2. Основные нормативные документы, необходимые  
при выборе мер по охране труда для технологий ОМД ............................ 256 
6.4.3. Порядок организации работ на вспомогательном 
оборудовании ................................................................................................. 258 
6.4.4. Примеры выполнения требований по охране труда  
для технологий литья и ОМД 
....................................................................... 258 
6.5. Требования и меры по охране труда при получении 
неразъемных соединений сваркой и пайкой 
............................................... 266 
6.5.1. Требования норм к размещению оборудования 
............................... 267 
6.5.2. Основные требования и мероприятия  
по взрыво- и пожаробезопасности ............................................................... 270 
6.5.3. Опасные и вредные производственные факторы 
............................. 274 
6.5.4. Требования безопасности к разным процессам и работам ............. 282 
6.5.5. Требования эргономики к организации рабочих мест .................... 294 
6.6. Примеры выполнения требований норм по охране труда  
при изготовлении неразъемных соединений сваркой и пайкой 
....................... 296 
6.6.1. Примеры организации рабочих мест  
................................................ 296 
6.6.2. Примеры организации системы вентиляции .................................... 298 
6.6.3. Обеспечение требований норм по параметрам световой среды ....... 
302 
6.6.4. Пример мер защиты при лазерной пайке и сварке........................... 302 
6.6.5. Пример оценки травмоопасности рабочих мест .............................. 304 
6.6.6. Выбор средств индивидуальной защиты .......................................... 305 
6.7. Требования и меры по охране труда при механообработке 
художественных изделий 
.............................................................................. 316 
6.7.1. Требования норм к размещению производственного 
оборудования ................................................................................................. 317 
6.7.2. Основные требования и мероприятия  
по взрыво- и пожаробезопасности ............................................................... 327 
6.7.3. Опасные и вредные производственные факторы 
............................. 328 
6.7.4. Важные требования безопасности к оборудованию ........................ 334 
6.7.5. Требования эргономики к организации рабочих мест .................... 339 
6.8. Примеры выполнения требований и мер безопасности  
при механообработке ............................................................................................ 341 
6.8.1. Пример расположения оборудования в цехе с учетом  
требований норм по охране труда ............................................................... 341 
6.8.2. Пример выполнения мер по электробезопасности  
в механическом цехе ..................................................................................... 348 
6.8.3. Примеры организации рабочих мест 
................................................. 350 
6.8.4. Обеспечение требований норм по параметрам световой 
среды ............................................................................................................... 350 
6 

6.8.5. Примеры необходимых средств по обеспечению пожарной  
безопасности на разных механообрабатывающих участках 
..................... 354 
6.8.6. Примеры средств индивидуальной защиты работников 
................. 355 
6.9. Требования и меры по охране труда для аддитивных 
технологических процессов (АТП) ..................................................................... 355 
6.9.1. Рекомендации по порядку оценки профессиональных рисков  
для аддитивных технологий ......................................................................... 355 
6.9.2. Основные группы аддитивных технологий и оборудования 
.......... 356 
6.9.3. Основная нормативная правовая база по аддитивным 
технологическим процессам с учетом требований по охране труда ....... 358 
6.9.4. Дополнительные требования норм для технологий 
селективного лазерного сплавления ............................................................ 358 
6.9.5. Дополнительные требования норм на установках лазерной 
стереолитографии .......................................................................................... 361 
6.9.6. Дополнительные нормативные правовые акты, которые надо 
учитывать для обеспечения безопасности АТП 
......................................... 364 
6.10. Примеры выполнения мер по охране труда для установок АТП 
............ 364 
6.10.1. Выполнение мер безопасности на установке ЛС–250 .................. 364 
6.10.2. Примеры мер безопасности на установках  
для прототипирования и фрезерования изделий ....................................... 367 
6.10.3. Меры безопасности при работе на установке  
электроискрового плазменного спекания 
................................................... 374 
6.11. Требования норм по разработке Инструкций по охране труда  
для работников на различном оборудовании ..................................................... 376 
6.11.1. Типовые требования при составлении правил 
и инструкций по мерам безопасности ........................................................ 376 
6.11.2. Дополнительные рекомендации при разработке 
инструкций для профессий в организациях 
............................................... 380 
6.11.3. Типовые требования безопасности для работников, 
работающих на оборудовании для нагрева металла 
................................. 381 
6.11.4. Типовые требования безопасности для работников, 
работающих на молотах и прессах с нагретым металлом 
........................ 385 
Вопросы для самоконтроля (самопроверки) ...................................................... 391 
 
Глава 7. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ  
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ФОРМИРОВАНИЮ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ 
КОМПЕТЕНЦИЙ У СТУДЕНТОВ С УЧЕТОМ НОВЫХ  
ТРЕБОВАНИЙ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ............................................................ 393 
7.1. Важная информация об изменениях в нормативной правовой базе 
по охране труда, которые надо учитывать при обучении студентов 
............... 393 
7.1.1. Информация о новых требованиях к специалистам,  
работающим в области охраны труда ......................................................... 394 
7.1.2. Обоснование целесообразности более глубокого освоения  
технологами требований и мер по охране труда ....................................... 396 
7 

7.2. Рекомендации преподавателям по применению в учебном процессе 
требований норм по охране труда при изучении разных технологий 
............. 396 
7.3. Методические рекомендации по разработке раздела «Безопасность 
жизнедеятельности» в дипломных проектах и в выпускных 
квалификационных работах ................................................................................. 399 
7.4. Предложение о возможном дополнении компетенций  
для бакалавров ....................................................................................................... 404 
Список использованных источников 
.............................................................. 407 
Приложение А. Пример инструкции по охране труда для кузнеца  
и нагревальщика при ковке на молотах .............................................................. 417 
Приложение Б. Проект инструкции по охране труда при работе  
на вальцах ювелирных механических типа ВМС-64-2ВУ  
и ВМС-64-2У2С 
..................................................................................................... 426 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Пособие состоит из семи глав.  
Предисловие написано Мамедовой И. Ю. 
Ведение написано Мамедовой И. Ю., Дрюковой А. Э. и Шумилиным В. К. 
Первая глава пособия написана Лившицем В. Б. и Мамедовой И. Ю.  
В первой главе приведена общая характеристика литейных производств, краткая характеристика технологии литья по выплавляемым моделям, литье в оболочковые формы и литье в постоянные формы. В конце Главы 1 приведены 
сведения о ряде современных видов литья и технологий. 
Вторая глава пособия написана Лившицем В. Б. Приведены сведения об 
основах кузнечного дела, о нагревательных устройствах, инструменте и оборудовании, предназначенных для разных технологий горячей и холодной 
ОМД. 
Третья глава написана Шумилиным В. К. на основе ряда изданных учебных пособий. Приведены краткие сведения о технологических процессах получения неразъемных соединений методами сварки и пайки для изготовления  
Четвертая глава написана Шумилиным В. К. также на основе ряда изданных учебных пособий. Приведены краткие сведения о технологических процессах механической обработки художественных изделий. Приведена общая 
характеристика традиционных способов механообработки художественных 
изделий. Приведены сведения по выбору параметров и назначения режимов 
резания. Приведены краткие сведения по применяемому оборудованию. 
Пятая глава пособия написана Лившицем В. Б. при участии Шумили- 
на В. К. (написаны пункты 5.11 – 5.14 и пункт 5.16). Приведены сведения по 
разным аддитивным технологиям получения 3D-моделей, мастер-моделей, 
прототипов, заготовок и художественных изделий. Более подробно рассмотрены следующие технологии: стереолитография, селективное лазерное сплавление, лазерное ламинирование; наложение жидкой или расплавленной полимерной нити, струйного моделирования, отверждение на твердом основании, 
выборочное тепловое спекание, порошковая струйная печать. Приведены сведения по современному оборудованию для ряда технологий. 
Шестая глава написана Шумилиным В. К. Приведены основные положения о системе управления охраной труда (СУОТ) в любой организации; сведения о порядке проведения работы по оценке профессиональных рисков для 
любых технологий. Показано, что учет и выполнение требований безопасности позволит снизить профессиональные риски на всех этапах производства 
изделий. Приведен общий порядок работ по выполнению требований норм по 
охране труда для различных технологий. Приведены сведения по основным 
нормативным документам по охране труда для разных технологий. Приведены 
требования и рекомендации по размещению производственного оборудования 
и обеспечению пожарной безопасности на участках. Приведены требования 
безопасности и охраны труда к разным группам технологий и оборудованию 
для этих технологий. Показано, что при организации рабочих мест и при вы9 

боре оборудования надо правильно учитывать требования эргономики к организации рабочих мест. 
По каждой группе технологий, рассмотренных в Главах 1–5, в шестой 
главе приведены примеры расположения оборудования и выполнения требований по охране труда при литье по выплавляемым моделям и на участке с 
прессом холодной штамповки; на участках и на рабочих местах по сварке и 
пайке; примеры выполнения требований норм по электробезопасности, по 
вентиляции, по освещению, по пожарной безопасности на механических 
участках. Также приведены примеры выполнения мер по охране труда для некоторых установок по технологиям лазерной стереолитографии, наложения 
жидкой или расплавленной полимерной нити и электроискрового плазменного 
спекания.  
В Главе 6 учтены современные тенденции законодательства в области 
охраны труда, пожарной безопасности и оценке профессиональных рисков. 
Также учтены требования по охране труда, пожарной безопасности и электробезопасности, которые должны знать выпускники вузов, как соискатели на 
должности инженера III, II и I категорий по одной из рассмотренных групп 
технологий в конкретных организациях. Эти требования приведены в профессиональных стандартах, которые разработаны и утверждены в последние годы 
Министерством труда и социальной защиты Российской Федерации. Среди 
таких профессиональных стандартов, например, и стандарт «Специалист по 
аддитивным технологиям», стандарт «Специалист по техническому перевооружению, реконструкции и модернизации кузнечно-штамповочного производства». 
Седьмая глава написана Дрюковой А. Э. и Дрюковым М. В. (пункт 7.3  
в Главе 7 написан при участии Шумилина В. К.). На основании сведений в 
Главах 1–6 приведены рекомендации преподавателям и студентам по учету 
требований норм по охране труда при изучении разных технологий и при выполнении дипломных проектов. Приведено предложение авторов по дополнению формулировки общепрофессиональной компетенции ОПК-5 для направления обучения «Технология художественной обработки материалов» и даны 
рекомендации по формированию у студентов и магистров этой и некоторых 
других компетенций с учетом современных требований по охране труда для 
работодателей. 
Структура и содержание материала книги позволяют и помогают студентам не только получить важные сведения по технологиям литья, ОМД, сварки, 
пайки, механообработки и основным аддитивным технологиям. Студенты 
также знакомятся с тем, как реализовывать планируемую технологию с учетом 
выбора более безопасного оборудования, как правильно размещать это оборудование на участках, как реализовывать выбранную технологию с минимальным риском для работников и для окружающей среды. Эти сведения надо использовать и при реконструкции действующих технологических участков.  
Преподавателям на занятиях по специальным дисциплинам при рассмотрении отдельных технологий и оборудования целесообразно приводить необ10