Notice: Use of undefined constant - assumed '' in /home/u21486/kolokola.com/www/index.php on line 14

Notice: Use of undefined constant __fife__ - assumed '__fife__' in /home/u21486/kolokola.com/www/index.php on line 17
Производство колоколов | Колокола. Сайт о колоколах и звонах. Купить колокол, отлить колокол, приобрести колокола для храма
Monday, 18th November 2019

Производство колоколов

Posted on 14. Июн, 2012 by in Справочные материалы

Производство колоколов

До XVIII века большие колокола отливали в основном на Пушечном Дворе в Москве или непосредственно около колокольни. Первый пушечный двор называвшийся «Пушечной избой» был основан в    1479 году итальянцем Аристотелем Фиораванти у трех мостов из Фроловских ворот в Китай-Городе и сгорел в 1489 году, позже на Неглинке был построен «Пушечный Двор», который просуществовал несколько веков.

Собственную колокольную мастерскую одними из первых в 1686 году основала семья Моториных (потомки создали завод Финляндского в Москве). К середине XIX века число крупных заводов достигло примерно 50, но затем в связи с насыщением колоколами снизилось к началу XX века до   25 с производительностью около 2000 тонн в год, кроме этого существовало несколько мастерских, изготавливающих поддужные колокольчики.

Профессия колокололитейщика, часто совмещавшаяся с литьем пушек, очень ценилась и передавалась по наследству. При этом все литейщики состояли на государственной службе, имели большие льготы: освобождались от военной службы, подушного налога, наделялись землей, а также получали большое денежное жалование и вещевое довольствие.

Не каждый мог стать литейщиком, а только по рекомендации и с поручительства нескольких мастеров и пройдя 3 ступени обучения – от неквалифицированных рабочих до подмастерьев, выполнявших отдельные операции по литью, затем до помощников мастера, которые могли в случае необходимости заменить мастера.

Высшей наградой колокололитейщиков являлось «право герба», т.е. право изображать на своих колоколах государственный герб и поставлять их двору Его Императорского Величества. Это право не передавалось по наследству и наследники должны были его вновь завоевывать. Среди колокольных предприятий три Российских герба имел только завод П.Н. Финляндского, два герба – завод Оловянишниковых в Ярославле, по одному гербу – еще несколько заводов.

Процесс производства любого колокола начинается с разработки профиля.

Расчет профиля производится по модульному методу, т.е. за единицу измерения берется не метрическая единица (метр, сантиметр), а определенный отрезок, чаще всего максимальная толщина в ударном кольце. Формулу подобия колоколов в конце XVIII века вывел австрийский ученый Хладни:

F~T/D²√E/p

где: F – частота, T – толщина, D – диаметр колокола, Е – модуль упругости и P – плотность металла.

Сзв = √E/p  — скорость звука в металле, поэтому:

F~T/D² Сзв.

Звук колокола формируется при ударе языка об ударное кольцо и вызывает два вида колебаний – колебания диаметра и колебания толщины колокола.

Колебания диаметра колокола – унтертон (низкая октава), в связи с большими размерами диаметра колокола (по сравнению с толщиной стенки) колебания редкие и звучат дольше всего.

Колебания толщины колокола – высокая октава, в связи с малыми размерами толщины колебания частые и присутствуют не долго.

Основной тон колокола возникает как воздействие колебаний толщины ударного кольца на колебания диаметра колокола, при этом колебания толщины постепенно затухают, и остается только унтертон – низкое послезвучие.

Чем меньше толщина, тем меньше ее воздействие на унтернтон, таким образом колокола с тонкой стенкой при одном и том же диаметре колокола звучат ниже, но теряют в своем благозвучии.

В итоге расчетов по разработанным профилям изготавливаются 2 шаблона – внешнего и внутреннего контура.

Второй этап – изготовление форм будущего колокола – формовка.

Модель, повторяющая внешнюю поверхность колокола, и стержень, повторяющий внутреннюю, изготавливаются при помощи вращающегося шаблона, закрепленного на строго вертикальной оси. Узоры, орнаменты, иконы и уши изготавливаются из воска и прикрепляются на внешнюю модель, образуя точное повторение будущего колокола, т.н. «фальш-колокол». После этого фальш-колокол накрывается опокой (кожухом) и свободное пространство между колоколом и опокой заполняется формовочной смесью, после снятия опоки вся обнарядка переносится в зеркальном отражении, а воск выплавляется при помощи открытого огня. Перед заливкой металла происходит сборка моделей: внутри – внутренний стержень (болван), снаружи – опока, а образовавшееся пространство займет металл.

Старинные и современные способы формовки можно разделить на несколько групп:

1. Литье в керамику. Воздушная сушка. Самая качественная, быстрая и дорогая из применяемых технологий формовки, т.н. «шоу-процесс».

2. Литье в гипсовые формы. Необходима принудительная сушка в сушильном шкафу. Качество уступает керамическим формам.

3. Литье в глиняные формы. Самая долгая и грубая формовка из применяемых. Формовка происходит в несколько слоев глины (в зависимости от размера колокола

и толщины). Каждый слой укрепляется проволокой или соломой и должен просохнуть некоторое время.

Нестандартные технологии применяются реже:

4. Литье «в землю». Технология новая (не надо путать с литьем в землю в дореволюционное время, когда вместо металлических опок с ребрами жесткости керамическую форму просто зарывали в землю). Данная технология основывается на использовании многоразовых разборных ящиков с формовочной смесью из глины, песка и других. Обычно эта технология используется на крупносерийных заводах, дешевая, но дает самое низкое качество. Поверхность после заливки грубая, делать надписи и изображения на колоколе очень трудно из-за непрочности смеси. Во время заливки формовочная смесь может осыпаться, образуя различные дефекты в виде раковин (пустот), пузырьков и микротрещин.

5. Литье в графитовые или металлические разборные формы (кокиль). Такая технология из-за высокой стоимости самих форм практически не применяется. Пока она используется только для отливки небольших колоколов (до 150 кг) и не дает возможность наносить орнаменты, надписи и иконы. В качестве экспериментов при заливке металла в кокиль возможно использование вакуума или давления, что сильно удорожает процесс производства.

Еще на процессе формовки во внутреннюю модель колокола вставляется закладное кольцо, за которое будет подвешиваться язык.

Третий этап – приготовление металла и заливка.

Приготовление колокольной бронзы (температура плавления 880°C) происходит в печах или тиглях. Сперва в печь закладывается более тугоплавкая медь (1084°C), а перед самой заливкой колокола закидывают олово (232°C), чтобы оно не успело выгореть, в расплав опускают длинный еловый шест, который, обугливаясь, выделяет газы, перемешивающие бронзу.

Тигельная печь – это ковш, предназначенный для плавки металла весом не более 200-300 кг. При помощи подъемных механизмов его можно легко переносить по цеху к формам для заливки и разогревать любым топливом.

Пламенная печь может быть спроектирована для расплавки любого количества металла, в качестве топлива в таких печах используются горючие вещества, дающие длинное пламя (газ, мазут, дрова и т.п.).

Электродуговые и индукционные печи практически не используются, в связи с их дороговизной и малой производительностью (обычно, не более 5 тонн).

Основным материалом для производства колоколов служит «колокольная бронза», состоящая из 80% меди и 20% олова с колебанием  2% . Это соотношение является компромиссом между прочностью колокола и его звучанием. Избыток олова делает колокол очень хрупким, но с более приятным звучанием, а малое количество олова дает противоположные результаты.

Ходящая в народе молва, что добавление серебра улучшает звон колокола ошибочна и, скорее всего, связана с имеющими серебристый блеск кристаллами олова в местах изломов колокольной бронзы. Литейщики также были заинтересованы в этих слухах, принимая от народа серебряные изделия и монеты, якобы, для того, чтобы получить «серебряный» звон. Серебро же кидалось не в сплав, а в топку. После остывания серебро собиралось и отдавалось храму или литейщикам как вознаграждение.

Существует практика переплавки вышедших из строя разбитых колоколов, при этом свойства колокольной бронзы теряются – она становится густой и хрупкой, это объясняется поглощением сплавом кислорода и переходом олова в оловянистую кислоту и выгоранием олова.  Для восстановления оловянистой кислоты использовали перемешивание сплава еловыми шестами или добавлением древесного угля, в настоящее время для этого используют фосфор и фосфористую медь.

При остывании жидкий сплав, переходит из расплавленного в твердое-кристаллическое состояние и распадается на составные части интерметалидной структуры (Cu31Sn8), отвечающие за звуковые качества. Этот процесс «ликвации» зависит от температуры заливки сплава в форму и быстроты охлаждения.

Издревле колокольные мастера искали замену колокольной бронзе, пробовали чугун (первые чугунные колокола на Руси были отлиты при Иване Грозном), серебро, стекло, фарфор и другие материалы, в итоге пришли к выводу – самые лучшие результаты дает только использование колокольной бронзы.

Последний этап – обработка колоколов после литья.

После остывания металла (от одного дня на маленьких колоколах, до нескольких суток на больших) колокол осторожно освобождают от внутреннего стержня (болвана) и опоки, отчищают от формовочной смеси различными приспособлениями, а также срезается прибыль (излишек металла, образующийся при заливке колокола и выступающий над маточником).

В дальнейшем поверхность колокола подвергается пескоструйной обработке (песком под большим давлением), что придает ей матовость, а также полируются отдельные части колокола.

С течением времени колокольная бронза подвергается естественному окислению и покрывается темно-зеленой пленкой окиси меди (патиной), которая предохраняет металл от дальнейшего окисления.

По русской традиции колокола не подтачивают, а подбираются в звонницу из множества готовых по благозвучным звуковым интервалам.

Изготовление языка колокола.

Язык является важной частью колокола, определяющей его звук. Он должен быть изготовлен из мягкой стали (например, стали марок Ст. 3 — Ст. 5) и определенного веса в зависимости от размера колокола. При слишком легком языке звон колокола будет неполнозвучным, а слишком тяжелый язык может расколоть колокол.

Для колоколов до 50 пудов вес языка рассчитывается как 1/20-1/25 от веса колокола, от 50 до 300 пудов – как   1/25 – 1/30 и для более 300 пудов – как 1/30 – 1/40.

Форма языка может быть различной, но приближенной к маятнику: тонкая конусообразная ось с шаровидным (лучше бочкообразным) утолщением в нижней части. Язык должен бить точно в ударное кольцо колокола, если язык подвешен выше, то он не извлекает всех обертонов, а если ниже – возможен раскол колокола.

 Илья Дроздихин,
руководитель Московской Школы Звонарей

Tags: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Поддержите наш сайт!
Оставьте комментарий к данной статье.

Для комментирования надо быть зарегистрированным ВКонтакте